Wpływ superplastyfikatorów na właściwości reologiczne mieszanek na spoiwach cementowych w układzie zmiennych czynników technologicznych

Transkrypt

1 Jacek Go ł a s z e w s k i! Wpływ superplastyfikatorów na właściwości reologiczne mieszanek na spoiwach cementowych w układzie zmiennych czynników technologicznych ILCSCSP * WYim^Niriwó < POUrF(.HNIKl\ f /SlĄSKttJ / V Gliwice 2006

2 POLITECHNIKA ŚLĄSKA ZESZYTY NAUKOWE NR 1716 Jacek GOŁASZEWSKI T. 'i.m j Wpływ superplastyfikatorów na właściwości reologiczne mieszanek na spoiwach cementowych w układzie zmiennych czynników technologicznych GLIW ICE 2006

3 Opiniodawcy Prof. dr hab. inż. Marian ABRAMOWICZ Prof. zw. dr hab. inż. Wiesław KURDOWSKI SPIS TREŚCI Kolegium redakcyjne REDAKTOR NACZELNY - Prof. dr hab. inż. Andrzej BUCHACZ REDAKTOR DZIAŁU - Dr inż. Marianna GLENSZCZYK SEKRETARZ REDAKCJI - Mgr Elżbieta LEŚKO PODSTAWOWE OZNACZENIA 7 WPROW ADZENIE 9 1. REOLOGIA M IESZANEK NA SPOIWACH CEMENTOW YCH Model i równanie reologiczne mieszanki Pomiar parametrów Teologicznych Testy technologiczne i ich korelacje z parametrami Teologicznymi Reologia zapraw a reologia mieszanek betonowych Podsumowanie SUPERPLASTYFIKATORY 28 Projekt okładki Tomasz LAMORSKI 2.1. Definicja, rodzaje i właściwości superplastyfikatorów Mechanizm działania'superplastyfikatorów a efekt upłynnienia zaczynu Czynniki technologiczne wpływające na efekty działania superplastyfikatorów Wpływ superplastyfikatora na właściwości mieszanek i tworzyw na spoiwie cementowym WPŁYW SUPERPLASTYFIKATORÓW NA WŁAŚCIWOŚCI REOLOGICZNE M IESZANEK - ANALIZA DANYCH LITERATUROW YCH 34 W ydano za zgodą R ektora Politechniki Śląskiej PL ISSN Copyright by Wydawnictwo Politechniki Śląskiej Gliwice Uwagi ogólne Wpływ stosunku w/c, ilości i rodzaju superplastyfikatora Wpływ właściwości cementu i superplastyfikatora Wpływ właściwości cementu i superplastyfikatora na reologię mieszanek Wpływ właściwości superplastyfikatora i cementu na reologię zaczynów Wpływ czasu wprowadzenia superplastyfikatora Wpływ temperatury na efekty działania superplastyfikatora Wpływ czasu na efekty działania superplastyfikatora Wpływ domieszek chemicznych i dodatków mineralnych na efekty działania superplastyfikatora Podsumowanie WPŁYW W ŁAŚCIW OŚCI FIZYKOCHEMICZNYCH CEMENTU I SUPERPLASTYFIKATORA NA PARAMETRY REOLOGICZNE ZAPRAW - BADANIA WŁASNE Koncepcja i metoda badań Wpływ właściwości fizykochemicznych cementu i rodzaju superplastyfikatora na parametry reologiczne zapraw o stosunku w/c = 0, Wpływ właściwości fizykochemicznych cementu i rodzaju superplastyfikatora na parametry reologiczne zapraw o stosunku w/c = 0,45 75

4 Model matematyczny wpływu właściwości fizykochemicznych cementu na właściwości reołogiczne zapraw bez i z dodatkiem superplastyfikatorów Podsumowanie WPŁYW DODATKÓW MINERALNYCH NA WŁAŚCIWOŚCI REOŁOGICZNE ZAPRAW Z SUPERPLASTYFIKATORAM I - BADANIA W ŁASNE Koncepcja i metoda badań Wpływ popiołu lotnego Wpływ zmielonego granulowanego żużla wielkopiecowego Wpływ pyłu krzemionkowego Podsumowanie WPŁYW TEM PERATURY NA WŁAŚCIWOŚCI REOŁOGICZNE ZAPRAW Z SUPERPLASTYFIKATORAM I - BADAN IA W ŁASNE Koncepcja i metoda badań Wpływ temperatury na parametry reołogiczne zapraw z cementów różnych rodzajów i superplastyfikatorami SNF i PE Wpływ temperatury na parametry reołogiczne zapraw z cementów CEM I o różnych właściwościach z dodatkiem superplastyfikatorów SNF, PC i PE Podsumowanie PODSUM OW ANIE I WNIOSKI KOŃCOWE 135 LITERATU RA 141 STRESZCZENIA 150 CONTENTS NOTATION 7 INTRODUCTION 9 1. RHEOLOGY OF CEM ENT BASED MIXTURES Model and rheological equation of mixture Measurement of rheological parameters Technological tests and its correlations with rheological parameters Rheology o f fresh mortars while rheology of fresh concrete Summary SUPERPLASTICIZERS Definition, types and properties of superplasticizers Superplasticizers mechanism of action and effect on fluidization o f cement paste Technological factors influencing effects of superplasticizers action Influence of superplasticizer on properties of fresh and hardened cement based mixtures INFLUENCE OF SUPERPLASTICIZERS ON RHEOLOGICAL PROPERTIES OF FRESH CEM ENT BASED MIXES - ANALYSIS OF LITERATURE DATA General remarks Influence of w/c ratio, and superplasticizer content and type Influence of cement and superplasticizer properties Influence of cement and superplasticizer properties on rheology of cement based mixes Influence of cement and superplasticizer properties on rheology of cement paste Influence of time of superplasticizer adding Influence of temperature on effects of superplasticizer action Influence of time on effects of superplasticizer action Influence of chemical and mineral admixtures on effects of superplasticizer action Summary INFLUENCE OF CEM ENT AND SUPERPLASTICIZER PHYSICOCHEMICAL PROPERTIES ON RHEOLOGICAL PARAMETERS OF MORTARS - OW N RESEARCHES Program and method of research Influence of cement physicochemical properties and type of superplasticizer on rheological parameters of w/c = 0.55 mortars Influence of cement physicochemical properties and type of superplasticizer on rheological parameters of w/c = 0.45 mortars 75

5 Mathematical model of influence of cement physicochemical properties on rheological properties of mortars without and with superplasticizer Summary INFLUENCE OF MINERAL ADMIXTURES ON RHEOLOGICAL PROPERTIES OF SUPERPLASTICIZED MORTARS - OW N RESEARCHES Program and method o f research Influence of fly ash Influence of ground granulated blast furnace slag Influence of condensed silica fume Summary INFLUENCE OF TEM PERATURE ON RHEOLOGICAL PROPERTIES OF SUPERPLASTICIZED M ORTARS - OW N RESEARCHES Program and method of research Influence of temperature on rheological parameters of mortars with cements different in type and SNF and PE superplasticizers Influence of temperature on rheological parameters of mortars with CEM I cements different in properties and SNF, PC and PE superplasticizers Summary FINAL SUM M ARY AND CONCLUSIONS 135 LITERATURE 141 SUM M ARIES LITERY ALFABETU ŁACIŃSKIEGO C - cement, masa cementu, PODSTAWOWE OZNACZENIA SF - pył krzemionkowy, masa pyłu krzemionkowego, g - graniczny opór ścinania mieszanki odpowiadający binghamowskiej granicy płynięcia t0, będący sumą oporów spójności i tarcia wewnętrznego, Ż - zmielony granulowany żużel wielkopiecowy, masa zmielonego granulowanego żużla wielkopiecowego, h - opór płynięcia lepkiego mieszanki betonowej odpowiadający binghamowskiej lepkości plastycznej %, K - kruszywo, masa kruszywa, M - moment oporu ścinania wywołany płynięciem mieszanki betonowej, N - prędkość obrotowa sondy (lub naczynia pomiarowego), r - współczynnik korelacji liniowej, R - współczynnik korelacji wielokrotnej, SMF - superplastyfikator na bazie sulfonowanych soli melaminowo-formaldehydowych, SNF - superplastyfikator na bazie sulfonowanych soli naftalenowo-formaldehydowych, PC - superplastyfikator na bazie karboksylowych kwasów akrylowych, PE - superplastyfikator na bazie polieterów, PL - popiół lotny, masa popiołu lotnego, SP - superplastyfikator, Swc - powierzchnia właściwa cementu, T - temperatura, W - woda, masa wody, w/c - wskaźnik wodno-cementowy, Z - C + W + P stosunek ilości zaprawy w mieszance do całkowitej ilości mieszanki Z = - C + W + P + K 2. LITERY ALFABETU GRECKIEGO (Pz/k - stopień wypełnienia jam kruszywa zaczynem, 9^ - stopień wypełnienia jam kruszywa zaprawą, y - prędkość ścinania, ripi - lepkość plastyczna, t0 - granica płynięcia.

6 NOTATIONS WPROWADZENIE 1. LATIN CHARACTERS c - cement, mass of cement, SF - condensed silica fume, mass of condensed silica fume, 8 - parameter corresponding to yield value x0 of fresh mortar and concrete, 1 - ground granulated blast furnace slag, mass of ground granulated blast furnace slag, h - parameter corresponding to plastic viscosity T p) of fresh mortar and concrete, K - aggregate, mass of aggregate, M - shear rate of cement based mix, N - rotation speed of probe (or measuring container), r - correlation coefficient, R - multiple correlation coefficient, SMF - sulfonated melamine-formaldehyde based superplasticizer, SNF - sulfonated naphthalene-formaldehyde based superplasticizer, PC - carboxylate acrylic acids based superplasticizer, PE - polyeter based superplasticizer, PL - fly ash, mass of fly ash, SP - superplasticizer, Swe - specific surface of cement, T - temperature, w - water, mass of water, w/c - water-to-cement ratio, Z - C + W + P mortar-to-concrete ratio Z = C + W + P + K 2. GREEK CHARACTERS <Pz/k - factor of uncompacted aggregate cement paste filling, <Pz/q - factor of uncompacted aggregate cement mortar filling, 7 - shear rate, Tipi - plastic viscosity, to - yield value. Wykazywana w trakcie wieloletniej eksploatacji wytrzymałość i trwałość konstrukcji z betonów i zapraw jest konsekwencją struktury tych materiałów (np. Aitcin [1], Mikoś [130], Neville [138]). Struktura ta w znaczącym stopniu powstaje w ciągu procesów wykonywania zaprawy i betonu, a zależy od podatności mieszanki na stosowane w tych procesach metody technologiczne, a więc od jej urabialności (np. Aitcin [1], Kuczyński [113], Neville [138]). Problem zapewnienia mieszance dobrej urabialności jest szczególnie ważny wtedy, gdy wykonywane są zaprawy i betony, które będą musiały odpowiadać specjalnym wymaganiom względem wytrzymałości i trwałości oraz gdy mieszanka jest układana w konstrukcjach 0 dużej ilości zbrojenia. Analiza zmian właściwości mieszanki w procesach technologicznych wykonywania zaprawy i betonu, a więc w procesach mieszania, transportu, układania, zagęszczania 1 wykańczania wykazuje, że mają one charakter reologiczny (Powers [151]). Z tego też wynika zgodny pogląd, reprezentowany m. in. przez Tattersalla i Banfilla [188], Aitcina [1], Nevilla [138], Rivera-Villarreala [155], Ferraris [57], Gjorva [66], Wallevika [201], de Larrarda [115] oraz Szwabowskiego [180, 183], że problem urabialności w technologii betonu powinien być rozpatrywany w ujęciu reologicznym. W ujęciu reologicznym kształtowanie urabialności polega na odpowiednim dopasowaniu właściwości Teologicznych mieszanki do stosowanych metod technologicznych i warunków wykonywania konstrukcji betonowej. Warunkiem koniecznym do kształtowania pożądanych cech reologicznych mieszanki jest zbadanie zależności pomiędzy charakterystykami jej składu i składników a jej parametrami Teologicznymi. Charakter, wielkość i znaczenie wpływu tych czynników na reologię mieszanki omówiono kompleksowo w pracach m. in. Tattersalla i Banfilla [188], Szwabowskiego [180], de Larrarda [115]. Szczególną rolę w kształtowaniu urabialności odgrywają superplastyfikatory1. Są to domieszki chemiczne, których podstawowym efektem działania jest deflokulacja zaczynu cementowego i zwiększenie ilości wody wolnej w mieszance, a w konsekwencji korzystna modyfikacja jej właściwości reologicznych. Stosowanie superplastyfikatorów pozwala na 1Domieszki znacznie redukujące ilość wody, ang. high rangę water reducers, domieszki upłynniające.

7 10 Wprowadzenie Wprowadzenie 11 produkcję mieszanek o zwiększonej płynności przy stałym stosunku w/c i stałej ilości wody. Ułatwia to proces wykonania konstrukcji i zmniejsza zużycie energii, nie wpływając jednocześnie na cechy techniczne zaprawy czy betonu. Co więcej, stosowanie superplastyfikatorów stwarza możliwość produkcji urabialnych mieszanek o obniżonej ilości wody i małym stosunku w/c. Rozwiązuje to konflikt pomiędzy wymaganiami wytrzymałości i trwałości (mały stosunek w/c) a wymaganiami urabialności (duży stosunek w/c), pozwalając na rozwój betonów wysokiej wytrzymałości, wysokowartościowych i samozagęszczalnych. Wprowadzenie superplastyfikatorów stanowi przełom w budownictwie betonowym, o czym świadczą przykłady realizacji wykonanych z zastosowaniem betonów z superplastyfikatorami przedstawione w publikacjach Aitcina [1], Ajdukiewicza [3], Malhorty [124], Mathera [125], Spiratosa i Jolicoeura [166]. Zagadnienie efektywnego stosowania superplastyfikatorów w aspekcie przewidywania właściwości Teologicznych mieszanki jest obecnie postrzegane jako jeden z najważniejszych problemów w technologii betonu, rozwiązanie którego w dużym stopniu warunkuje jakość betonów i możliwość powszechnego stosowania w praktyce betonów nowych generacji (Aitcin [2], Damtoft et al. [30], Neville [138], Rivera-Villarreal [155], Spiratos i Jolicoeur [166]). Skuteczne stosowanie superplastyfikatorów wymaga zgromadzenia danych o ich wpływie na właściwości reologiczne mieszanki w zależności od jej składu, charakterystyk materiałowych jej składników oraz warunków i metod technologicznych wykonania konstrukcji. Pomimo licznych badań poświęconych superplastyfikatorom, w osiągniętym obecnie stanie wiedzy w zakresie Teologicznych aspektów ich działania wciąż występują luki i niedostatki. Celem niniejszej pracy jest kompleksowe zbadanie ogólnych zależności wpływu superplastyfikatorów na właściwości reologiczne mieszanek na spoiwach cementowych, czyli zapraw i mieszanek betonowych, w układzie zmiennych czynników technologicznych wpływających na ich efektywność. W pracy, z wyjątkiem krótkiego podsumowania badań wpływu właściwości superplastyfikatora i cementu na właściwości reologiczne zaczynów, nie zajmowano się reologią zaczynów cementowych. Reologia zaczynów i reologia mieszanek, ze względu na większą złożoność zjawisk Teologicznych zachodzących w zaczynie oraz znaczne różnice wynikające z dominującego udziału kruszywa w mieszance, są już bowiem obecnie uważane za odrębnie rozwijające się dziedziny reologii stosowanej (Banfill [11, 12], Ferraris i Gaidis [56], Ferraris [57], Szwabowski [180], Tattersall i Banfill [188]). W rozdziale 1 scharakteryzowano właściwości reologiczne mieszanek na spoiwach cementowych, omówiono zasady i przeanalizowano metody pomiaru parametrów reologicznych mieszanki. W oparciu o dane literaturowe i badania własne wykazano reologiczne podobieństwo zapraw i mieszanek betonowych. W rozdziale 2 scharakteryzowano właściwości fizykochemiczne superplastyfikatorów, mechanizm ich działania oraz zdefiniowano podstawowe czynniki wpływające na efekty działania superplastyfikatorów. W rozdziale 3 przeanalizowano i podsumowano dotychczasowe badania wpływu superplastyfikatorów na właściwości reologiczne mieszanek na spoiwach cementowych. W rozdziałach 4, 5, 6, stanowiących zasadniczą część pracy, przedstawiono analizę wyników badań własnych wpływu składu cementu, rodzaju i ilości dodatków mineralnych oraz temperatury na parametry reologiczne mieszanek z różnymi superplastyfikatorami2. Ze względu na reologiczne podobieństwo mieszanek betonowych i zapraw badania te wykonano na zaprawach. Na podstawie badań własnych sformułowano ogólne zależności wpływu superplastyfikatora na właściwości reologiczne mieszanek oraz opracowano matematyczne modele wpływu właściwości fizykochemicznych cementu na parametry reologiczne mieszanek z różnymi superplastyfikatorami. W rozdziale 7 przedstawiono podsumowanie i wnioski końcowe dotyczące uzyskanych w pracy zależności wpływu superplastyfikatorów na właściwości reologiczne mieszanek oraz zwrócono uwagę na praktyczne zastosowanie opracowanych w pracy zależności w technologii betonu. 2 Część badań wykonana została w ramach projektu badawczego KBN nr 8 T07E Efekty oddziaływania domieszek upłynniających do zapraw i betonów w układzie zmiennych czynników technologicznych.

8 ROZDZIAŁ 1 REOLOGIA MIESZANEK NA SPOIWACH CEMENTOWYCH Mieszanka na spoiwie cementowym jest to mieszanina cementu, kruszywa i wody wraz z ewentualnymi dodatkami mineralnymi i domieszkami chemicznymi, przed rozpoczęciem wiązania cementu. Określenie to obejmuje zarówno świeżą zaprawę, jak i mieszankę betonową. Z fizycznego punktu widzenia zarówno właściwości tych materiałów, jak i zjawiska w nich zachodzące po dodaniu wody są bowiem podobnej natury (Tattersall i Banfill [188], Banfill [12], Szwabowski [180]). Z tego też względu w niniejszej pracy termin mieszanka używany jest jako synonim mieszanek na spoiwach cementowych. Podstawy Teologicznego ujęcia problemu urabialności i jej projektowania szczegółowo omówili Tattersall i Banfill [188] oraz Szwabowski [180, 183]. W ujęciu makroreologicznym kształtowanie urabialności polega na odpowiednim do zastosowanej metody technologicznej i warunków jej wykonania dostosowaniu właściwości Teologicznych mieszanki (Szwabowski [180, 183]). Podstawą do projektowania właściwości reologicznych mieszanki są zależności między charakterystykami składu a jej parametrami Teologicznymi, uzyskane w badaniach reologicznych. Identyfikacja makroreologiczna tych zależności wymaga zdefiniowania modelu Teologicznego mieszanki, a następnie pomiaru zmian jego parametrów reologicznych jako stałych materiałowych, w układzie czynników związanych z charakterystykami składników i składu mieszanki oraz warunkami jej wykonywania (Szwabowski [180, 183]) M odel i rów nan ie reologiczn e m ieszanki Analiza zachowania się mieszanek pod obciążeniem wykazuje, że ich właściwości reologiczne można opisać za pomocą pokazanego na rys. 1.1 modelu Teologicznego ciała Binghama1 (Tattersall [189], Tattersall i Banfill [188]). Stwierdzenie to potwierdzają bardzo liczne badania (np. Banfill [8, 10, 13], Banfill et al. [9], Beaupre et al. [15], de Larrard et al. [93, ], Murata i Kikukawa [135], Szwabowski [180], Szwabowski et al. [177, 178], 1Właściwości reologiczne niektórych mieszanek, szczególnie przy małych prędkościach ścinania, lepiej opisuje model reologiczny ciała Herschela - Bulkleya (de Larrard [115], Ferraris [57]). Reologiczne równanie jego stanu jest jednak bardziej skomplikowane niż równanie stanu ciała Binghama, ponieważ zawiera trzeci, nie mający przy tym fizycznego charakteru parametr. Z tego względu model ten stosowany jest rzadko, a powszechnie stosuje się prostszy i sprawdzony w praktyce model Binghama, jako wystarczająco dokładny w większości przypadków.

9 14 Reologia mieszanek na spoiwach cementowych Reologia mieszanek na spoiwach cementowych 15 Parametrem o zasadniczym znaczeniu z punktu widzenia urabialności mieszanki jest granica Rys Model reologiczny mieszanki betonowej, jej krzywa płynięcia i parametry reologiczne Fig Rheological model of fresh concrete, its flow curve and rheological parameters Tablica 1.1 Stopień dopasowania uzyskanych w badaniach krzywych płynięcia do modelu Binghama wg równania (1.1) Źródło literaturowe i typ aparatu Liczba testów Średni współczynnik korelacji liniowej r Odchylenie standardowe dla r Wallevik [2011 TPWA (mieszanka betonowa) 390 0,991 0,009 Punkki et al. [152] - BML (mieszanka betonowa) ,011 Suchoń [ TPWA (mieszanka betonowa) 30 0,989 0,013 Suchoń [167] - Viskomat PC (zaprawa) 196 0,991 0,002 Szwabowski et al. [ RODIE (mieszanka betonowa) 42 0,904 0,058 Szwabowski et al. [177] - Viskomat PC (zaprawa) 150 0,986 0,005 Giergiczny et al. [65] - ROD 1E (mieszanka betonowa) 25 0,990 0,005 Banfill et al. [9] - BML (mieszanka betonowa) 12 0,994 0,008 Banfill et al. [9] - IBB (mieszanka betonowa) 12 0,977 0,021 Banfill et al. [9] - TPWA (mieszanka betonowa) 12 0,986 0,010 Wallevik i Gj0 rv [202, 203]). W tablicy 1.1 pokazano przykładowe, uzyskane w różnych badaniach Teologicznych, wartości współczynnika korelacji liniowej r, określające stopień dopasowania krzywych płynięcia do modelu Binghama. Reologiczne równanie stanu ciała Binghama ma postać: T = To+Tlpi.y (1.1) gdzie: x0 - granica płynięcia; r pi - lepkość plastyczna; y - prędkość ścinania. Granica płynięcia T0 i lepkość plastyczna r pi, zwane parametrami Teologicznymi, są stałymi materiałowymi, charakteryzującymi właściwości reologiczne mieszanki. Ich wartość zależy głównie od właściwości składników i składu mieszanki, temperatury oraz czasu, jaki upłynął od chwili zmieszania składników. Z chwilą gdy naprężenia styczne przekroczą granicę płynięcia t0, nastąpi płynięcie mieszanki z prędkością proporcjonalną do tych naprężeń. Współczynnikiem proporcjonalności jest lepkość plastyczna r pi; im większa jest lepkość plastyczna r pi mieszanki, tym mniejsza będzie prędkość jej płynięcia przy danym naprężeniu ścinającym. płynięcia x0. Jej wielkość warunkuje wystąpienie płynięcia mieszanki, a więc możliwość prawidłowej realizacji procesów technologicznych wykonywania zaprawy czy betonu. Znaczenie technologiczne lepkości plastycznej r pi w przypadku mieszanek zwykłych, 0 relatywnie dużym stosunku w/c, jest niewielkie (Gjory [66], Szwabowski [181]). Natomiast w przypadku mieszanek betonów nowej generacji, o małym stosunku w/c i uzyskanym dzięki dodaniu superplastyflkatora dużym stopniu upłynnienia (a więc o małej granicy płynięcia x0), lepkość plastyczna r)pi jest parametrem o decydującym znaczeniu dla ich urabialności 1 stabilności. Decyduje ona także o zdolności mieszanek samozagęszczalnych do szczelnego wypełnienia deskowań i samoodpowietrzenia (Szwabowski [181]) P om iar p aram etrów reologiczn ych Jeśli mieszanka jest opisana modelem Binghama, to warunkiem wyznaczenia jej parametrów reologicznych jest wykonanie pomiarów oporu stawianego przez próbkę przy co najmniej dwóch znacznie różniących się prędkościach ścinania (Tattersall [189]). Wykonanie pomiaru tylko przy jednej prędkości ścinania nie jest wystarczające, gdyż zmierzonym oporem ścinania mogą się charakteryzować mieszanki o bardzo różnych właściwościach reologicznych (Tattersall [189], Szwabowski [180, 183]). Z tego względu żadne badanie mieszanki prowadzone przy jednej prędkości ścinania nie może dawać jednoznacznej informacji o jej właściwościach reologicznych. Takie testy nazywane są jednopunktowymi (Tattersall [189]). Jako fizycznie niejednoznaczne należy także traktować takie pomiary reologiczne, w których właściwości reologiczne mieszanki są określane za pomocą jednego parametru, np. lepkości pozornej. Obecnie do pomiaru parametrów reologicznych stosuje się przede wszystkim reometry rotacyjne w dwóch konfiguracjach układu pomiarowego: klasycznym, o współosiowych cylindrach, oraz zmodyfikowanym, z sondą wirującą w przestrzeni nieograniczonej. Najpopularniejsze reometry do zapraw i mieszanek betonowych opisują raporty [9, 15, 209] oraz Szwabowski [180] i Greim [78]. Na tej podstawie można stwierdzić, że większość reometrów do mieszanek zbudowana jest w oparciu o układ zmodyfikowany; takie też reometry stosowano w badaniach własnych prezentowanych w niniejszej pracy. Sonda pomiarowa w tych reometrach pełni rolę mieszadła, a jej zróżnicowana geometria i możliwa zmiana trajektorii ruchu powodują że wyznaczone z pomiarów wartości naprężeń i prędkości odkształcenia mają charakter zastępczy i odniesione są do umownej powierzchni ścinania

10 16 Reologia mieszanek na spoiwach cementowych Reologia mieszanek na spoiwach cementowych 17 N Fig Flow curve of concrete mix in M - N system and method of determination of rheological parameters (Szwabowski [180]). Parametry reologiczne mieszanki w tych reometrach są zwykle wyznaczane w jednostkach umownych, ale po wyznaczeniu stałych przyrządu mogą być także wyrażone w jednostkach fizycznych (Tattersall i Banfill [188]). Pomiar parametrów Teologicznych mieszanki polega na wyznaczeniu momentów oporu ścinania M, stawianych przez jej próbkę odkształceniu wywołanemu ustalonymi, co najmniej dwoma znacząco różnymi prędkościami obrotowymi N sondy lub naczynia pomiarowego reometru (rys. 1.2). Na tej podstawie wyznacza się metodą najmniejszych kwadratów równanie binghamowskiej krzywej płynięcia badanej mieszanki i wartości jej parametrów Teologicznych. Ze względu na omówione wcześniej uwarunkowania sposobu pomiaru parametrów Teologicznych za pomocą reometrów rotacyjnych równanie modelu Binghama (1.1) często stosuje się w umownej, wprowadzonej przez Banfilla i Tattersalla [188], postaci: N M = g + /zn (1.2) gdzie: M - moment oporu ścinania; N - prędkość obrotowa sondy lub naczynia pomiarowego; g - graniczny opór ścinania; h - opór płynięcia lepkiego. W równaniu (1.2) parametr g odpowiada granicy płynięcia x0, a parametr h lepkości plastycznej r pi mieszanki. Parametry modelu Binghama w postaci klasycznej (1.1) oraz umownej (1.2) są ze sobą związane następującymi zależnościami (Banfill i Tattersall [188]): K To= g G 1 z. gdzie: G - stała reometru wyznaczana poprzez pomiar zależności M - N dla wzorcowej cieczy newtonowskiej o znanej lepkości r); G = r -M/N; K - stała reometru wyznaczana poprzez pomiar zależności M - N dla wzorcowej cieczy nienewtonowskiej; K = (p/r-g) (1.3) (1.4) gdzie p i q są znanymi parametrami cieczy nienewtonowskiej, a wartości r i s są wyznaczane poprzez pomiar M - N. Dokładnie sposób wyznaczenia stałych reometru został omówiony przez Tattersalla i Banfilla [188] oraz w raporcie [9]. W praktyce, wyznaczenie stałych reometru wiąże się jednak z pewnymi problemami technicznymi, na które wskazują Ferraris [57] i Banfill et al. [9]. Z tego względu zwykle, w tym także w niniejszej pracy, parametry reologiczne przedstawiane są w jednostkach umownych. Wynikiem pomiaru reometrycznego jest zbiór danych, obejmujący: wyznaczone za pomocą regresji liniowej parametry g i h krzywej płynięcia, które, jak wspomniano wyżej, po uwzględnieniu stałych pomiarowych dla użytego reometru, mogą być wyrażone w jednostkach fizycznych (równania (1.3) i (1.4)); współczynnik korelacji r, będący miarą dopasowania otrzymanego zbioru punktów do równania (1.2), stanowiący podstawę do oceny poprawności testu oraz względne błędy wyznaczenia parametrów g i h wyliczane z wyrażeń: IN *,% (1.5) a B h= T L=, F r - ~ > % 0-6) h r n -2 gdzie: a g i och - błędy standardowe wyznaczenia parametrów g i h, r - współczynnik korelacji liniowej N i M, n - liczba punktów pomiarowych, Ni - i-ta prędkość pomiarowa. Szczegółowe omówienie teoretycznych i technicznych zasad pomiaru parametrów Teologicznych mieszanek podają Szwabowski [180, 183], Tattersall i Banfill [188], Tattersall [189, 190], a w szerszym, ogólnym ujęciu, zagadnienia reometrii przedstawiają Reiner [154] i Whorlow [206] T esty tech nologiczne i ich korelacje z param etram i reologicznym i Obecnie szerzej stosowanych jest blisko trzydzieści różnych testów technologicznych, z których tylko część znalazła się w normach. Normowe wg PN-EN 206 testy konsystencji, a także inne powszechnie obecnie stosowane testy technologiczne, również te odnoszące się do badania zapraw, zestawiono w tabl Dokładna charakterystyka tych testów znajduje się w raporcie [209]. W większości polegają one na symulowaniu w warunkach laboratoryjnych szczególnych metod i warunków wykonania betonu, a następnie umownej ocenie zachowania się w tych warunkach badanej mieszanki. Z punktu widzenia pomiaru parametrów Teologicznych mieszanki większość z nich nie daje w pełni zadowalających rezultatów.

11 18 Reologia mieszanek na spoiwach cementowych Reologia mieszanek na spoiwach cementowych 19 Test Norma Opad stożka PN EN Vebe PN EN Stopień zagęszczalności PN-EN Stolik rozpływowy PN-EN Zmodyfikowany opad stożka Report of RILEM TC 145 WSM [209] Rozpływ mieszanki Report of RILEM TC 145 WSM [209] V-fimnel Report of RILEM TC 145 WSM [209] L-box Report of RILEM TC 145 WSM [209] Stolik rozpływowy do zapraw PN-EN : 1999 Stożek wypływu do zapraw ASTM C a Testy technologiczne i ich korelacje z parametrami Teologicznymi Mierzona cecha, jednostka Granica płynięcia Lepkość plastyczna Opad, mm + - Czas, s - - Stopień zagęszczalności, - Średnica rozpływu, mm Opad, mm Czas opadu, s Rozpływ, mm Czas rozpływu, s Tablica 1.2 Przykładowe źródła literaturowe Ferraris et al. [55], Ferraris [57], Raporty [9, 15, 209], Szwabowski [ 1801 Szwabowski [183], Ferraris et al. [ Ferraris et al. [55] + - Czas wypływu, s - + Czas wypływu, s Stosunek tamowania, - - Średnica rozpływu, mm Andersen wg [180], Szwabowski [180], Raporty T9, 15, 2091 Raport [9], Ferraris et al. [54], Ferraris [571 Ferraris [57], Grünewald et al. [99], Raport [209] Urban [1991, Daczko et al [27], Ferraris [57], Urban [199] Daczko et al [27], Emborg [50], Ferraris [57], Urban [1991, Hornung [89], Maederet al. [120], Wolter [2071 Czas wypływu, s - + Claisse et al. [22] Są one bowiem w rozumieniu rozdz. 1.2 testami jednopunktowymi i w związku z tym za ich pomocą można określić co najwyżej jeden z parametrów Teologicznych mieszanki. Korelacja wyników testów technologicznych z parametrami reologicznymi była prowadzona przez niemal wszystkich badaczy, zajmujących się reologią mieszanek. Korelacje te zestawiono w tabl Ze względu na złożony układ obciążeń statycznych i dynamicznych, test Vebe i test stopnia zagęszczalności jako jedyne nie korelują z żadnym z parametrów Teologicznych. W pozostałych przypadkach korelacje takie występują. Odpowiednio więc dobierając testy techniczne, można uzyskać informacje na temat właściwości Teologicznych mieszanki. Należy przy tym pamiętać o następujących ważnych zagadnieniach. Korelacje pomiędzy parametrami reologicznymi mieszanki i testami konsystencji mają zwykle tylko sens statystyczny i tylko korelacja opadu z granicą płynięcia x0 wynika ze związku fizycznego (Szwabowski [180, 183]). Smeplass [163] wykazał, że mierzone w testach opadu i rozpływu wartości są pewną funkcją granicy płynięcia x0 i lepkości plastycznej r pi mieszanki. Zależność granicy płynięcia x0 od opadu lub rozpływu może więc być w przypadku mieszanek o dużej lepkości plastycznej r)pi zakłócona (Gj0 rv [66], Wallevik [201], Ferraris et al. [55]). Jeśli parametry reologiczne wyznaczane są w jednostkach umownych, a taka jest normalna praktyka, to ilościowo korelacje te są ważne tylko dla stosowanych przy określaniu tych związków reometrów. Pomiar za pomocą testów technologicznych często opiera się na ocenie wizualnej, co może być źródłem niedokładności oszacowania parametrów Teologicznych (np. przy pomiarze czasu opadu stożka i czasu rozpływu trudność sprawia ustalenie punktu końcowego badania (Raport [9])). Określenie lepkości plastycznej r pi za pomocą testów wypływu i rozpływu jest możliwe tylko w przypadku mieszanek bardzo ciekłych, charakteryzujących się małą granicą płynięcia x0 (Banfill et al. [9], Ferraris [57]) R eologia zap raw a reologia m ieszanek b etonow ych Zbadanie właściwości Teologicznych zapraw i mieszanek betonowych ma dla każdego z tych materiałów z osobna ważne znaczenie, gdyż są one szeroko wykorzystywane w różnych zastosowaniach konstrukcyjnych. Reologiczne podobieństwo zaprawy i mieszanki betonowej otwiera jednak możliwość wykorzystania w badaniach poznawczych i praktycznych zapraw jako modelu mieszanki betonowej (Banfill [12], Heim i Homung [88], Teubert [192]). Czasochłonne i materiałochłonne badania reologiczne wpływu różnych czynników składu wykonywane na mieszankach betonowych mogą być w takim przypadku zastąpione przez znacznie łatwiejsze badania zapraw, których wyniki mogą być wykorzystane przy projektowaniu mieszanek betonowych. Znaczna liczba dostępnych badań pozwala na porównanie charakteru wpływu różnych czynników składu na właściwości reologiczne zapraw i mieszanek betonowych. W rozdz. 3 w tabl. 3.2 zestawiono wyniki takich badań, pokazujące kierunki wpływu różnych czynników składu na parametry reologiczne zapraw i mieszanek betonowych. Pokazuje ona analogiczny wpływ podstawowych czynników składu na parametry reologiczne zapraw i mieszanek betonowych. Wykazuje również, że wyniki uzyskane na zaprawach mogą być wykorzystane do przewidywania zmian właściwości reologicznych mieszanki betonowej. Dotyczy to szczególnie wpływu dodatków i domieszek, w tym także superplastyfikatorów. Przy wyraźnym podobieństwie jakościowym reologii zapraw i mieszanek betonowych nie można pominąć znaczących różnic ilościowych. Zarówno granica płynięcia x0, jak i lepkość plastyczna r pi mieszanek betonowych i zapraw różnią się znacznie; granica płynięcia x0 mieszanek betonowych może być od 10 do 100 razy, a lepkość plastyczna t pi od

12 20 Reologia mieszanek na spoiwach cementowych Reologia mieszanek na spoiwach cementowych 21 3 do 20 razy większa niż zapraw (Banfill [12], Norberg et al. [141], Suchoń [167]). Różnice te są wynikiem odmiennej wielkości, kształtu i uziamienia kruszywa w zaprawie i mieszance betonowej. W przypadku zapraw o oporze wewnętrznym mieszanki decyduje głównie opór spójności, natomiast w przypadku mieszanek betonowych opór tarcia wewnętrznego; wzrost średnicy ziaren kruszywa powoduje zarówno wzrost granicy płynięcia x0, jak i lepkości plastycznej r)pi mieszanki. Zagadnienia te omówił szczegółowo Szwabowski [180, 183]. Zależności liczbowo wiążące reologię zapraw i mieszanek betonowych podają Norberg et al. [141], Heim i Homung [88], Mierzwa i Urban [129] i Jin [99]. Brak jednak systematycznych badań potwierdzających możliwość prognozowania parametrów reologicznych mieszanki betonowej na podstawie badania właściwości reologicznych zaprawy. W związku z powyższym autor przeprowadził informacyjne badania związków pomiędzy parametrami Teologicznymi zapraw i mieszanek betonowych utworzonych z analogicznych zapraw i ze żwiru otoczakowego. Głównym celem badań było potwierdzenie i liczbowe określenie wpływu zmian właściwości reologicznych zaprawy, w wyniku zmian ilości i rodzaju superplastyfikatora, rodzaju cementu, stosunku w/c oraz obecności dodatków i domieszek, na właściwości reologiczne mieszanki betonowej, w której stos okruchowy jest w różnym stopniu wypełniony analogiczną zaprawą. Zaprawy zaprojektowano o stosunku piasku do cementu P/C = 1,5 i przygotowano z piasku o wskaźniku uziamienia Uk = 3,43. Do mieszanek betonowych zastosowano żwir otoczkowy mm (К) o wskaźniku uziamienia Uk = 6,40. W zaprawach zmieniano w/c (0,30, 0,35, 0,40), rodzaj cementu (СЕМ I 32,5 R, CEM II/B-S 32,5, CEM II/B-V 32,5, CEM II/B-M (V-LL) 32,5, CEM III/A 32,5; cementy wyprodukowane z tego samego klinkieru), rodzaj i ilość superplastyfikatora (etery karboksylowe PE: SP1, SP2, SP3, SP4 dodawane w ilości 1+2%). Określono również wpływ zastąpienia 10% cementu pyłem krzemionkowym oraz wpływ domieszki napowietrzającej. Przyjęto 4 stopnie wypełnienia jam kruszywa zaprawą (pz/q, odpowiadające stosunkom masowym ilości zaprawy do mieszanki C + W + P betonowej Z = : 0,66, 0,61, 0,56 i 0,51 (tabl. 1.3). Jako punkt odniesienia C + W + P + K w badaniach przyjęto zaprawę o w/c = 0,35 z cementu СЕМ I i 1% SP1 pozwalającą na uzyskanie przez mieszankę betonową o Z = 0,56 (cpz/q = 0,90) opadu stożka 200 mm; konsystencja zapraw oraz mieszanek betonowych o innych stosunkach w/c oraz z innymi cementami i superplastyfikatorami nie była z góry założona. W ramach badań wykonano ogółem w 17 seriach 75 pomiarów dla różnych układów wartości badanych czynników. Uzyskane zależności wpływu tych czynników na właściwości Stosunek masowy zaprawy do mieszanki betonowej Z Z = 1 Z = 0,66 Z = 0,61 Z = 0,56 Z = 0,51 Składy zapraw i mieszanek betonowych Składniki, kg/m3 Zaprawa Tablica 1.3 Stosunek w/c 0,30 0,35 0,40 С P W Mieszanka betonowa С p к w Ф*/а 1,06 1,10 1,15 с p К W фг/а 0,86 0,90 0,94 с p к w Фг/О 0,70 0,73 0,76 с p к w Фг/о 0,57 0,59 U,62 reologiczne zapraw i mieszanek betonowych przedstawiono na rys Jak widać wyraźnie z wykresów, parametry reologiczne mieszanek betonowych pozostają w ścisłej korelacji z parametrami Teologicznymi zapraw oraz ze stopniem wypełnienia zaprawą stosu okruchowego kruszywa. Kierunek zmian obu parametrów reologicznych mieszanek betonowych pod wpływem badanych czynników pokrywa się z kierunkiem zmian parametrów reologicznych zapraw analogicznych do zapraw wypełniających te mieszanki. Wartość i zakres zmian parametrów reologicznych w przypadku mieszanek betonowych są przy tym wyraźnie większe niż w przypadku zapraw. Stwierdzenie to odnosi się szczególnie do zakresu zmian parametru g. Wartość obu parametrów reologicznych mieszanki betonowej nieliniowo rośnie wraz ze zmniejszaniem stopnia wypełnienia stosu okruchowego kruszywa zaprawą (zmniejszaniem stosunku Z), co jest zgodne z wynikami innych badań (Szwabowski [180], Suchoń [167]). Zasługuje na podkreślenie, że wpływ parametrów reologicznych zaprawy na parametry reologiczne mieszanki betonowej nie zależy od jej składu. Analiza danych doświadczalnych pozwala na sformułowanie analogicznych dla obu parametrów reologicznych matematycznych zależności łączących wartości parametrów

13 22 Reologia mieszanek na spoiwach cementowych Reologia mieszanek na spoiwach cementowych 23 E ,1 0,01 ą A""\ \ \ <> \ X \ x ' \ CEM I SP 1-1% V V 60 -r E 30 z 20 A\ ' A A O w/c=0,40 w/c=0,35 Aw/c=0, h.o x \ V * \ OSP1 SP2 A S P 3 X S P 4 0,001 O w/c=0,40 w/c=0,35 A w /c=0,30 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0, V A j 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 0,4 0,5 0,6 0,7 Z 0,8 0,9 1 Rys Wpływ stosunku w/c na parametry reologiczne zaprawy i mieszanek betonowych w różnym stopniu wypełnionych analogiczną zaprawą Fig Influence of w/c ratio on rheological parameters of mortar and fresh concretes different filled with analogical mortar Rys Wpływ rodzaju superplastyfikatora na parametry reologiczne zaprawy i mieszanek betonowych w różnym stopniu wypełnionych analogiczną zaprawą Fig Influence of superplasticizer type on rheological parameters of mortar and fresh concretes different filled with analogical mortar Z Z Rys Wpływ ilości superplastyfikatora na parametry reologiczne zaprawy i mieszanek betonowych w różnym stopniu wypełnionych analogiczną zaprawą Fig Influence of superplasticizer content on rheological parameters of mortar and fresh concretes different filled with analogical mortar Rys Wpływ rodzaju cementu na parametry reologiczne zaprawy i mieszanek betonowych w różnym stopniu wypełnionych analogiczną zaprawą Fig Influence of cement type on rheological parameters of mortar and fresh concretes different filled with analogical mortar

14 24 Reologia mieszanek na spoiwach cementowych Reologia mieszanek na spoiwach cementowych SP 1-1% w/c = 0,35 ii \ V o z O E 0,1 - \ \ fi w LU 0,01 OCEM I CEM I + 10% SF \ 0,001 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 Z g2 ZAPRAWY, Nm Rys Wpływ pyłu krzemionkowego SF na parametry reologiczne zaprawy i mieszanek betonowych w różnym stopniu wypełnionych analogiczną zaprawą Fig Influence of condensed silica fume SF on rheological parameters of superplasticized mortar and fresh concretes different filled with analogical mortar Rys Graniczny opór ścinania gz zaprawy o P/C = 1,5, a graniczny opór ścinania gm mieszanki betonowej z kruszywem otoczakowym mm Fig Yield stress gz of P/C = 1,5 mortar versus yield stress gmof fresh concrete with coarse aggregate mm o Z = 0,66 Z = 0,61 A Z = 0,56 X Z = 0,51 hm = 9,851 hz r = 0,977 hm = 7,021 hz r = 0,989 hm = 5,1613 hz r = 0,990 hm = 4,083 hz r = 0,990 i h, ZAPRAWY, Nm s Z Rys Wpływ domieszki napowietrzającej AE na parametry reologiczne zaprawy i mieszanek betonowych w różnym stopniu wypełnionych analogiczną zaprawą Fig Influence of air entraining agent AE on rheological parameters of superplasticized mortar and fresh concretes different filled with analogical mortar Z Rys Opór płynięcia lepkiego hz zaprawy o P/C = 1,5, a opór płynięcia lepkiego hmmieszanki betonowej z kruszywem otoczakowym 2 8 mm Fig Plastic viscosity hz of P/C = 1,5 mortar versus plastic viscosity hm of fresh concrete with coarse aggregate mm

15 26 Reologia mieszanek na spoiwach cementowych Reologia mieszanek na spoiwach cementowych 27 Teologicznych mieszanki betonowej z parametrami Teologicznymi zaprawy wypełniającej stos okruchowy tej mieszanki, a także ilością tej zaprawy. Mają one postać: gm = gz- Z a (1.7) hm = hz-zb (1.8) gdzie: gm\gz - graniczny opór ścinania odpowiednio mieszanki betonowej i zaprawy, hm\hz - opór płynięcia lepkiego odpowiednio mieszanki betonowej i zaprawy, Z - stosunek masowy ilości zaprawy do mieszanki betonowej, a, b - stałe materiałowe zależne od właściwości składników i składu mieszanki, najprawdopodobniej głównie od rodzaju i uziamienia kruszywa. Na podstawie analizy statystycznej wyników badań określono stałe materiałowe a i b, które dobrze opisują wyniki doświadczalne. Wynoszą one odpowiednio a = - 7,51 oraz b = - 3,28. Wykresy funkcji (1.7) i (1.8) dla poszczególnych serii badań pokazano na rys Współczynniki korelacji wielokrotnej R2, określające stopień dopasowania funkcji (1.7) i (1.8) do wyników pomiarów, zawierają się w przedziale od 0,943 do 0,985. Dokonując pomiaru parametrów Teologicznych zaprawy, można więc, uwzględniając wielkość i rodzaj kruszywa oraz wskaźnik wypełnienia stosu okruchowego kruszywa zaprawą z wystarczającą dokładnością określić przewidywane parametry reologiczne mieszanki betonowej. Na rys. 1.9 i 1.10 pokazano zależności liniowe, pozwalające na przeliczenie uzyskanych w pomiarach wartości parametrów zapraw o stosunku P/C = 1,5 z dodatkiem superplastyfikatora na właściwości reologiczne mieszanki betonowej z kruszywem o maksymalnym wymiarze ziaren 8 mm, którego stos okruchowy w różnym stopniu jest wypełniony analogiczną zaprawą. Średnie odchylenie obliczonych na podstawie zależności na rys. 1.9 i 1.10 wartości parametrów g i h mieszanek od zmierzonych wartości tych parametrów wynosi odpowiednio 19,5% i 10,4%. Przedstawione wyniki badań należy traktować jako materiał informacyjny, dotyczący mieszanek betonowych z kruszywem otoczkowym mm o konsystencji ciekłej oraz stosunkowo wąskiego zakresu zmienności właściwości Teologicznych zapraw. Stanowią one jednak doświadczalne potwierdzenie tego, że wykazana w tabl. 3.2 dobra zgodność charakteru wpływu czynników składu na właściwości reologiczne zapraw i mieszanek betonowych nie jest przypadkowa. Jednocześnie występowanie korelacji pomiędzy parametrami Teologicznymi zaprawy i mieszanki betonowej, która może być wyrażona w formie zależności matematycznych, dowodzi, że pomiary reologiczne zapraw mogą być wykorzystane do kształtowania urabialności mieszanek betonowych P od sum ow anie Właściwości reologiczne mieszanek betonowych i zapraw dobrze opisuje model Binghama. Znajomość zmian parametrów Teologicznych tego modelu, a mianowicie granicy płynięcia x0 i lepkości plastycznej r p! przyczynia się do lepszego zrozumienia zachowania się mieszanki w wyniku zmian właściwości składników, proporcji jej składu i warunków jej wykonania, a w konsekwencji do bardziej efektywnego kształtowania jej właściwości Teologicznych. W celu uzyskania odpowiednich właściwości Teologicznych, a więc i urabialności mieszanki, konieczne są dane o wpływie czynników technologicznych na zmiany obu jej parametrów Teologicznych. Pomiar obu parametrów Teologicznych najkorzystniej wykonać za pomocą reometrów. Zasadność i celowość stosowania pomiaru reometrycznego w laboratoriach, zarówno w badaniach o charakterze poznawczym, jak i w badaniach aplikacyjnych, szczególnie przy projektowaniu betonów nowych generacji, nie ulega wątpliwości. Dla celów praktycznych wyniki uzyskane w pomiarach reometrycznych mogą być wyrażone w jednostkach odpowiadających odpowiednim metodom technicznym. Stosowane w praktyce, a nawet zalecane przez normy, metody techniczne dostarczają zwykle informacji na temat tylko jednego parametru Teologicznego. W związku z tym konieczne jest równoczesne wykonywanie pomiaru dwoma różnymi testami (np. opadu stożka wg PN EN i wypływu z lejka V-funnel wg RILEM TC 145 WSM [209]) lub dokonanie jednoczesnego pomiaru dwóch różnych cech (np. test zmodyfikowanego opadu stożka wg Ferraris et al. [54] - jednoczesny pomiar opadu i czasu opadu stożka). Należy jednak podkreślić, że zwłaszcza w przypadku betonów nowej generacji, stosowanie tych testów nie zawsze jest wystarczająco skuteczne (np. Banfill [9], Beaupré [15], Gj0 rv [66], Ferraris [57], de Larrard [115], Szwabowski [180, 182, 183]). Ze względu na bardzo dobrą zgodność charakteru wpływu podstawowych czynników składu na reologię zapraw i mieszanek wyniki uzyskane na zaprawach mogą być wykorzystane do przewidywania kierunków i wielkości zmian właściwości Teologicznych mieszanek betonowych.

16 Superplastyfikatory 2 9 ROZDZIAŁ 2 SUPERPLASTYFIKATORY C H 2 S N F Łańcuch główny 2.1. D efinicja, rod zaje i w łaściw ości su perp lastyfikatorów C H 2 NH y ^ ^ N H - C H SM F Grupy boczne -S 0 3 iii III n i 1II III 1111 III l II Superplastyfikatory, jak to już podano wcześniej, są domieszkami chemicznymi, których głównym zadaniem jest deflokulacja zaczynu cementowego i zwiększenie ilości wody wolnej w mieszance. Dzięki temu umożliwiają one uzyskanie korzystnych właściwości reologicznych mieszanki, a w konsekwencji otrzymanie jednego z następujących efektów: poprawy wytrzymałości oraz trwałości zaprawy i betonu poprzez zmniejszenie ilości wody w mieszance przy zachowaniu założonej jej urabialności lub poprawy urabialności mieszanki bez zmiany ilości wody w mieszance, co ułatwia proces wykonywania zaprawy i betonu. Ze względu na budowę chemiczną wyróżnia się następujące podstawowe rodzaje superplastyfikatorów (Collepardi [23], Ramachandran [153]): sole sulfonowanych naftalenowo-formaldehydowych polimerów (SNF); * sole sulfonowanych melaminowo-formaldehydowych polimerów (SMF); polimery karboksylowe (polimery i kopolimery karboksylowych kwasów akrylowych (PC) oraz polimery usieciowane (CLPC)); " etery karboksylowe (PE); inne substancje o niezbadanych bliżej właściwościach i charakterystykach. Budowę chemiczną najczęściej stosowanych superplastyfikatorów przedstawia rys Polimery superplastyfikatorów SNF i SMF mają postać długich łańcuchów, często z bocznymi grupami funkcyjnymi, głównie -S 0 3' i rzadziej -COOH. Superplastyfikatory te adsorbują się na ziarnach cementu za pośrednictwem długich łańcuchów głównych, a boczne grupy funkcyjne wzmacniają siły elektrostatycznego odpychania. Superplastyfikatory typu PC i PE różnią się od poprzednich większą ilością grup jonowych -COOH, większą masą cząsteczkową oraz, co najważniejsze, przestrzenną strukturą związaną z rozbudowanymi łańcuchami bocznymi złożonymi z bloków merów pochodnych karboksylowych, karboksylanowych, alkiloestrowych oraz polieteroestrowych. W zaczynach cementowych polimer superplastyfikatorów PC lub PE zakotwiczony jest na powierzchni ziaren cementu blokami merów pochodnych karboksylowych i karboksylowych, łańcuchy merów bloków polieteroestrowych wywołują zaś efekt steryczny (Grzeszczyk i Sudoł [82, 83]). C H 3 -h - c h 2- c I CO O M N H C H 2 S O 3M C H 3 -c h 2- c I C O O (E O )p R Rys Budowa chemiczna superplastyfikatorów wg [54] Fig Chemical structure of superplasticizers after [54] J n PC PE ihiii LMiiuiiin imr Łańcuch boczny EO Łańcuch główny Łańcuch boczny -COOH Liczne badania pokazują że skuteczność działania superplastyfikatorów zależy od ich budowy chemicznej, średniej masy cząsteczkowej, stopnia sulfonowania (superplastyfikatory SNF i SMF), od długości łańcucha głównego oraz ilości, długości i stopnia zhydratyzowania łańcuchów bocznych polimerów w nich zawartych (superplastyfikatory PC i PE). Średnia masa cząsteczkowa superplastyfikatorów zawiera się w przedziale od kilku tysięcy do g/mol i więcej, obejmując masy od monomerów do cząsteczek polimerowych o masie dochodzącej nawet do g/mol (Kinoshita et al. [107], Spiratos i Jolicoeur [166]). Długość łańcucha głównego polimerów zawartych w superplastyfikatorach PC i PE wynosi od 50 do 300 i więcej moli, łańcuchów bocznych od 10 do 150 i więcej moli (Hamada et al. [84], Kinoshita et al. [107], Yamada et al. [215]).

17 30 Superplastyfikatory Superplastyfikatory M echanizm d ziałania su p erp lastyfik atorów a efekt u płynnienia zaczynu Powszechnie przyjmuje się, że działanie superplastyfikatorów polega na ich adsorpcji na powierzchni ziaren cementu i produktach hydratacji, a następnie deflokulacji ziaren cementu w zaczynie w wyniku odpychania elektrostatycznego i efektu sterycznego oraz w mniejszym stopniu w wyniku zmniejszenia napięcia powierzchniowego wody i efektu smarnego (Collepardi [23], Flatt et al. [61], Jolicoeur et al. [101], Kucharska [111], Ramachandran [153], Tanaka et al. [187]). Uchikawa et al. [194, 195] wykazali korelację między siłą odpychania pomiędzy ziarnami cementu a upłynnieniem zaczynu cementowego bez i z dodatkiem superplastyfikatora, stwierdzając jednocześnie, że upłynnienie zaczynu zwiększa się wraz ze zwiększeniem się siły odpychającej (rys. 2.2). Mechanizm działania superplastyfikatorów SNF i SMF wyjaśnia się zwykle w oparciu o teorię elektrycznej warstwy podwójnej DLVO (Collepardi [23], Jolicoeur et al. [101], Kucharska [111], Ramachandran [153]). Przyjmuje się, że w wyniku adsorpcji tych superplastyfikatorów na powierzchni ziaren cementu wzrasta ilość ładunków ujemnych, wywołujących odpychanie elektrostatyczne, a w konsekwencji upłynnienie i stabilizację ziaren cementu w zaczynie. Stopień upłynnienia zaczynu jest przy tym wprost proporcjonalny do wielkości sił elektrostatycznego odpychania (Kucharska [111]). Taki mechanizm działania superplastyfikatorów SNF i SMF został potwierdzony dużą liczbą badań, podsumowanych przez Collepardiego [23], Kucharską [111], Kurdowskiego [114], Ramachandrana [153]. Upłynnienie zaczynu superplastyfikatorami PC i PE wynika nie tylko z działania sił elektrostatycznego odpychania. Badania Uchikawy et al. [194, 195] wyraźnie pokazują 0,1 0, ,4 0.5 SIŁA MIĘDZYCZĄSTECZKOWA, nn > Oa PC n W oda SNF POTENCJAŁ ZETA, mv Rys Związki pomiędzy rozpływem zaczynu a siłą międzycząsteczkową (a) i potencjałem zeta (b) wg [195] Fig Relationship between cement paste flow and interactive force (a) and zeta potential (b) after [195] b że w przypadku superplastyfikatorów PC potencjał elektrostatyczny nie jest skorelowany ze stopniem upłynnienia (rys. 2.2). Potencjał elektrostatyczny przez nie generowany jest bowiem mniejszy od potencjału generowanego przez superplastyfikator SNF, przy jednocześnie większym upłynnieniu zaczynu. W przypadku zaczynu zawierającego superplastyfikatory PC i PE o stopniu upłynnienia decyduje efekt steryczny - polimery tych superplastyfikatorów w wyniku adsorpcji na ziarnach cementu tworzą przestrzenną barierę utrudniającą powstawanie konglomeratów. Taki mechanizm działania superplastyfikatorów PC i PE został potwierdzony licznymi badaniami, np.: Grzeszczyk i Sudoł [82], Kinoshita et al. [108, 107], Nawa et al. [137], Shonaka et al. [161], Sugiyama et al. [168], Yamada et al. [ ]. Podjętych zostało szereg prób powiązania mechanizmu działania superplastyfikatora z efektem upłynnienia, głównie zaczynów cementowych, ale także zapraw cementowych (Burge [19], Nawa et al. [137], Ohta et al. [142], Sakai i Daimon [160] Sugiyama et al. [168], Yamada et al. [212]). Uchikawa et al. [194, 195] oraz Flatt et al. [60-64, 92] zaproponowali zależności, ujmujące kompleksowo oddziaływania na cząstki cementu w zaczynie w obecności superplastyfikatora. Zależności te Flatt et al. [60] wykorzystali do opracowania modelu matematycznego, pozwalającego na przewidywanie zmian granicy płynięcia t 0 zaczynu w wyniku dodania superplastyfikatora na podstawie jego wpływu na siłę działającą między ziarnami cementu. Model ten jest jednak stosunkowo skomplikowany matematycznie, a wyliczenie siły działającej pomiędzy ziarnami cementu, a tym samym określenie wpływu superplastyfikatora na zmiany właściwości Teologicznych zaczynu, wymaga doświadczalnego określenia szeregu parametrów opisujących złożony układ, jakim jest hydratyzujący cement w obecności superplastyfikatora. Sprawia to, że formułowanie dokładnych przewidywań granicy płynięcia t 0 zaczynu na podstawie tego modelu pozostaje bardzo trudnym problemem C zynniki tech nologiczne w pływ ające na efekty działania su p erp lastyfik atorów Jak wynika z dotychczasowych badań, o efektywności działania superplastyfikatorów decyduje bardzo wiele czynników (np. Konferencje CANMET/ACI Superplastyfikatory i inne domieszki chemiczne w betonie [40-44], Kongresy Chemii Cementu [37, 38, 39], Konferencje RILEM [34, 45]). Czynniki te można podzielić na trzy grupy, obejmujące: właściwości fizykochemiczne składników mieszanki, proporcje składników mieszanki oraz metody i warunki wykonania zaprawy i betonu.

18 32 Superplastyfikatory Superplastyfikatory 33 Biorąc pod uwagę właściwości składników mieszanki, wpływ superplastyfikatora na właściwości reologiczne mieszanki zależy od następujących czynników: budowy chemicznej, masy cząsteczkowej oraz struktury superplastyfikatora; koncentracji substancji aktywnej superplastyfikatora; rodzaju, składu chemicznego i mineralnego (przede wszystkim zawartości C3A, Na20e, SO3 w cemencie i rodzaju siarczanu wapnia) oraz powierzchni właściwej cementu; rodzaju i właściwości ewentualnych dodatków mineralnych, w szczególności o właściwościach wiążących. Biorąc pod uwagę skład mieszanki, wpływ superplastyfikatora na jej właściwości reologiczne zależy od następujących czynników: stosunku w/c; ilości superplastyfikatora; ilości cementu w mieszance; ilości dodatków mineralnych w mieszance; obecności innych domieszek chemicznych dodawanych do mieszanki; stopnia wypełnienia stosu okruchowego kruszywa zaczynem lub zaprawą. Biorąc pod uwagę metodę i warunki wykonania zaprawy i betonu wpływ superplastyfikatora na właściwości reologiczne mieszanki zależy od następujących czynników: czasu opóźnienia dodania superplastyfikatora w stosunku do wody zarobowej; temperatury mieszanki; upływu czasu od zmieszania składników. Spośród wymienionych czynników na plan pierwszy wysuwa się zagadnienie zależności Teologicznych efektów działania superplastyfikatora od właściwości cementu, czyli kompatybilności superplastyfikatora z cementem. W ujęciu technicznym za kompatybilny z cementem należy uznać taki superplastyfikator, którego stosowanie z tym cementem umożliwia uzyskanie wymaganych parametrów Teologicznych mieszanki, ale najmniejszym jego dodatkiem oraz przy najmniejszej zmianie właściwości Teologicznych w czasie upływającym od zmieszania składników W p ływ su perp lastyfikatora na w łaściw ości m ieszanek i tw orzyw na sp oiw ie cem entow ym Podstawowym efektem dodania superplastyfikatora jest, jak już stwierdzono wcześniej, modyfikacja właściwości Teologicznych mieszanki. Wszystkie inne efekty oddziaływania zarówno na mieszankę, jak i na stwardniałą zaprawę lub beton należy uznać za drugorzędne lub wtórne. Nie oznacza to jednak, że nie mają one znaczenia; należy je uwzględniać przy doborze superplastyfikatora i projektowaniu składu mieszanki. Stanowiący przedmiot niniejszej pracy wpływ superplastyfikatorów na właściwości reologiczne mieszanek w zależności od wskazanych w rozdz. 2.3 czynników technologicznych przedstawiono i szczegółowo omówiono w rozdz Dodanie superplastyfikatora opóźnia wiązanie cementu, jednak zmiany te mogą być bardzo zróżnicowane zależnie od rodzaju cementu i jego składu mineralnego, rodzaju i ilości superplastyfikatora, temperatury mieszanki oraz obecności dodatków mineralnych (Młodecki et al. [131, 132], Neville [138], Ramachandran [153], Gołaszewski i Szwabowski [70], Szwabowski [184]). Przy doborze superplastyfikatora konieczne jest doświadczalne sprawdzenie jego wpływu na czas wiązania cementu. Superplastyfikatory zwykle nie zwiększają napowietrzenia mieszanki, a nawet dzięki zwiększeniu płynności mieszanki mogą zmniejszać ilość uwięzionego w niej powietrza (Ramachandran [153]). Jednakże niektóre superplastyfikatory, gdy ich dodatek jest duży, mogą zwiększać napowietrzenie mieszanki (Ramachandran [153], Gołaszewski i Szwabowski [71]). Superplastyfikatory mogą również powodować wzrost średnicy pęcherzyków powietrza i odległości między nimi w napowietrzonej mieszance (Ramachandran [153]). Z drugiej strony, jak to wykazano w rozdz. 3.7, domieszki napowietrzające mogą wpływać na efekty działania superplastyfikatora. W związku z tym równoczesne stosowanie superplastyfikatora i domieszki napowietrzającej wymaga wcześniejszego sprawdzenia ich współdziałania. Prawdopodobieństwo wystąpienia segregacji i wycieku zaczynu w przypadku mieszanek z dodatkiem superplastyfikatora jest mniejsze niż w przypadku mieszanek o takiej samej konsystencji, lecz bez jego dodatku (Aitcin [1], Neville [138], Szwabowski [180]). Segregacja i wyciek zaczynu z mieszanki może wystąpić tylko wtedy, gdy superplastyfikator jest stosowany do upłynnienia mieszanek o stosunkowo dużym stosunku w/c. Superplastyfikatory nie wywierają bezpośredniego wpływu na właściwości techniczne i trwałość zapraw i betonów. Ich oddziaływanie zaznacza się w sposób pośredni, poprzez umożliwienie odpowiedniego kształtowania struktury betonu o obniżonym stosunku w/c, co, jak powszechnie wiadome, zawsze w znacznym stopniu zwiększa jego wytrzymałość i trwałość. Pogorszenie cech technicznych występuje tylko wtedy, gdy superplastyfikator nie jest stosowany prawidłowo, np. w zbyt dużej ilości i/lub do mieszanki o dużym stosunku w/c. Właściwości zapraw i betonów z superplastyfikatorami omówili szeroko m. in. Aitcin [1], Ramachandran [153], Jamroży [95], Neville [138], Jasiczak i Mikołajczyk [96], Giergiczny et al. [65].

19 Wpływ superplastyfikatorów na właściwości reologiczne. 35 ROZDZIAŁ 3 WPŁYW SUPERPLASTYFIKATORÓW NA WŁAŚCIWOŚCI REOLOGICZNE MIESZANEK - ANALIZA DANYCH LITERATUROWYCH 3.1. U w agi ogóln e Analizę wpływu superplastyfikatorów na właściwości reologiczne mieszanek z uwzględnieniem czynników oddziałujących na ich efektywność przeprowadzono wykorzystując wyniki badań uzyskane metodami reometrycznymi. Pominięto przy tym wnioski wynikające z badań wykonanych testami technicznymi, zostały one przedstawione w opracowaniach monograficznych m. in. Aitcina [1], Młodeckiego et al. [131, 132], Nevilla [138], Ramachandrana [153]. W niniejszym rozdziale omówiono przede wszystkim wyniki uzyskane w systematycznych, pozwalających na pewne uogólnienia badaniach, dotyczących wpływu superplastyfikatorów na właściwości reologiczne mieszanek (Banfill [12], Billberg [16], Burge [19], Claisse et al. [22], Domone et al. [31], Faroug et al. [51, 52], Giergiczny et al. [65], Gj0 rv [66, 67], Gołaszewski i Szwabowski [69, 73, ], Kikukawa [103], Knitghts i Wimpenny [110], de Larrard [115], Maeder et al. [120], Mierzwa i Urban [128, 129], Norberg et al. [141], Ponikiewski [150], Punnki et al. [152], Soutsos i Domone [164, 165], Tattersall i Banfill [188], Tattersall [190], Thielen et al. [193], Urban [200], Wallevik [201]). Korzystano również z referatów prezentowanych na wiodących konferencjach, dotyczących betonu i domieszek do betonów ([32-36, 40-49]). Ponieważ zdecydowaną większość dostępnych danych o efektach działania superplastyfikatorów w zależności od ich właściwości fizykochemicznych i właściwości fizykochemicznych cementu uzyskano w badaniach zaczynów, włączono również krótkie podsumowanie tych wyników W p ływ stosu nku w /c, ilości i rodzaju su p erp lastyfik atora Dodanie superplastyfikatora do mieszanki powoduje, niezależnie od jego rodzaju, zmniejszenie granicy płynięcia x0 (g), któremu może towarzyszyć wzrost, brak zmian lub spadek jej lepkości plastycznej r pi (h) (rys ). Ilość superplastyfikatora, którą trzeba dodać w celu uzyskania mieszanki o określonej wartości granicy płynięcia t 0 (g), wzrasta wraz ze spadkiem stosunku w/c (rys ). ILOŚĆ SNF, % C O w/c=0,44 ir w/c=0,36 ILOŚĆ SNF, % C -w/c=0,44 ń w/c=0,36 Rys Wpływ stosunku w/c i ilości superplastyfikatora SNF na parametry reologiczne mieszanki betonowej [31] Fig Influence of w/c and SNF superplasticizer content on rheological parameters of fresh concrete [31] ILOŚĆ SNF, % C w/c=0,45 ń w/c=0,50 O w/c=0,55 ILOŚĆ SNF, % C w/c=0,45 & w/c=0,50 O w/c=0,55 Rys Wpływ stosunku w/c i ilości superplastyfikatora SNF na parametry reologiczne zaprawy [173] Fig Influence of w/c and SNF superplasticizer content on rheological parameters of fresh mortar [173]

20 36 Wpływ superplastyfikatorów na właściwości reologiczne.. Wpływ superplastyfikatorów na właściwości reologiczne.. 37 g po 10 min - w /c -0,5 0 -w /c - 0,47 -w /c - 0,44 ILOŚĆ PC, % C g po 50 min -w /c - 0,50 - w/c - 0,47 -w /c - 0,44 h po 10 min 1 1,5 2 ILOŚĆ PC, % C h po 50 min w /c -0,5 0 w /c -0,5 0 ń w/c - 0,47 w/c - 0,47 0 w/c - 0,44 w/c - 0,44 Rys Wpływ stosunku w/c i ilości superplastyfikatora PC na parametry reologiczne zaprawy [69, 73] Fig Influence of w/c and PC superplasticizer content on rheological parameters of fresh mortar [69, 73] o D CL o CL o UJ 5 O ROD-1E SP PE, Cement CEM ll/b-s SF = 7,5 8,5% C C = kg/m3, y K = 1886 kg/m3 po 2 0 min w/c-0,25, PE 1,8 % 2 - w/c-0,30, PE 1,3% 3 - w/c-0,38, O UJ CL PRĘDKOŚĆ ŚCINANIA, 1/min O* 60 PRĘDKOŚĆ ŚCINANIA, 1/min 320 fn ml /720 fn m s] 960 [N m] heo [N m s] 1. w/c-0,25; SP-1,8 % 1,75 0,2 1 3,77 0,19 2. w/c-0,30; SP-1,3% 1,58 0,09 2,34 0,13 3. w/c-0,38;sp-0,4% 3,43 0,04 6,84 0,06 Rys Wpływ stosunku w/c i ilości SP PE na parametry reologiczne mieszanki betonowej [65] Fig Influence of w/c and SP PE content on rheological parameters of fresh concrete [65] Równocześnie przy jednakowej wielkości granicy płynięcia x0 (g), lepkość plastyczna tipi (h) mieszanek o mniejszym stosunku w/c może być znacznie, nawet kilkakrotnie, większa od analogicznych mieszanek, lecz o większym stosunku w/c. Przy jakościowo podobnym wpływie, superplastyfikatory różnych rodzajów wykazują różną intensywność działania. Jak wynika z porównania wielkości granicy płynięcia x0 (g) i lepkości plastycznej r pi (h) mieszanek o jednakowym stosunku w/c i takim samym dodatku superplastyfikatora, superplastyfikatory SNF są bardziej efektywne niż SMF, a największą i podobną efektywnością działania wyróżniają się superplastyfikatory PC i PE (rys ). Równocześnie przy jednakowym stosunku w/c, mieszania z dodatkiem PC i PE odznaczają się zwykle większą lepkością plastyczną r pi (li) od mieszanek z dodatkiem SNF. Efekt ten jest zwłaszcza wyraźnie zaznaczony w przypadku mieszanek o małym stosunku w/c. Jest godne podkreślenia, że superplastyfikatory PC i PE o zbliżonym składzie chemicznym mogą wykazywać różny wpływ na wielkość parametrów Teologicznych mieszanki (rys ). Odnosi się to zwłaszcza do lepkości plastycznej r pi (h), która może się zmieniać w szerokim zakresie w zależności od budowy polimeru tych superplastyfikatorów. Stosowanie domieszek zawierających polimery o większej masie cząsteczkowej i/lub bardziej złożonej strukturze powoduje zwykle uzyskiwanie mieszanek o większej lepkości plastycznej r)pi (h) (rys. 3.7). Wraz ze zwiększaniem dodatku superplastyfikatora granica płynięcia x0 (g) mieszanki maleje aż do osiągnięcia pewnego minimum, którego wielkość zależy od składu mieszanki i właściwości jej składników (rys , 3.8). Po osiągnięciu tego minimum dalsze zwiększanie dodatku superplastyfikatora nie powoduje znacznych zmian granicy płynięcia x0 (g) mieszanki. Taki efekt działania superplastyfikatora można interpretować jako pozorne zwiększenie objętości zaczynu w mieszance w wyniku deflokulacji cementu. Zmiany lepkości plastycznej rjpi (h) mieszanki w wyniku zwiększenia dodatku superplastyfikatora są bardziej złożone. Kierunek tych zmian zależy bowiem od wielkości wskaźnika w/c i/lub wskaźnika wypełnienia stosu okruchowego kruszywa zaczynem <pz/k (rys , 3.8). Po dodaniu superplastyfikatora do mieszanki o dużym w/c jej lepkość plastyczna r pi (h) maleje lub nie zmienia się. Podobnie zachowują się mieszanki o dużym wskaźniku cpz/k, nawet wtedy gdy stosunek w/c jest stosunkowo mały (rys. 3.8). Po dodaniu superplastyfikatora do mieszanki o małym stosunku w/c i/lub małym wskaźniku (pz/k lepkość plastyczna r pi (h) wzrasta z ilością dodanego superplastyfikatora, osiągając maksimum o wartości nawet kilkakrotnie większej od wartości wyjściowej. Po osiągnięciu tego maksimum dalsze zwiększenie dodatku superplastyfikatora zmniejsza lepkość plastyczną r pi (h) mieszanki, przy czym im mniejszy

21 38 Wpływ superplastyfikatorów na właściwości reologiczne. Wpływ superplastyfikatorów na właściwości reologiczne. 39 g [N mm] h [N mm mini R" REF 46,72 0,185 0,841 SNF 39,61 0,137 0,872 PC1 0,38 0,088 0,999 PC2 4,65 0,392 0,972 PE 5,74 0,183 0, E 12 z ROD-1E SP PE, Cement CEM I C = 520 kg/m3, K = 1886 kg/m3 SF = 8,5% C 3 a. o Cl O I- Z UJ PRĘDKOŚĆ ŚCINANIA, 1/min Rys Wpływ rodzaju superplastyfikatora na parametry reologiczne zapraw [120] Fig Effect of superplasticizer type on rheological parameters of mortars [120] PRĘDKOŚĆ ŚCINANIA, 1/min S2o [N m] h2o [N m s] 9 e o [N m] h60 [N m s] 1. w/c-0,25; PE1 3,64 0,17 5,67 0,16 2. w/c-0,26; PE2 5,33 0, ,07 PRĘDKOŚĆ ŚCINANIA, 1/min E E z C/P = 1/2, SP PC, SNF, SMF -1,5% Cement CEM I 42,5 C3A - 0,4% W/C = 0,47 Viskomat NT C/P = 1/2, SP PC, SNF, SMF 1,5% Cement CEM I 42,5 C3A - 8,8 % W/C = 0, Viskomat NT Rys Wpływ superplastyfikatorów PE (PE1 o większej masie cząsteczkowej i dłuższych łańcuchach bocznych od PE2) na parametry reologiczne mieszanki betonowej [65] Fig Influence of PE superplasticizers (PEI with higher molecular mass and longer side chain than PE2) on rheological parameters of fresh concrete [65] < Z O CO 3 BC. o CL o LU s o 1. PC1 2. PC2 3 PC3 4. SNF 5. SMF PC1 PC2 PC3 SNF SMF PRĘDKOŚĆ ŚCINANIA, 1/min PRĘDKOŚĆ ŚCINANIA, 1/min CEM I 42,5, C3A - 0,4% CEM I 42,5, C3A - 8,8 % 9 [N mm] h [N mm min] q TN mm] h [N mm min] 1. PC1 1 1,8 0,421 19,07 0, PC2 7,54 0,361 13,01 0, PC3 4,89 0,368 5,08 0, SNF 13,72 0,314 19,06 0, SMF 15,07 0,373 32,02 0,327 Rys Wpływ rodzaju superplastyfikatora (SNF, SMF, PC) oraz zawartości C3A w cemencie (0,4% i 8,8%) na parametry reologiczne zapraw [19] Fig Influence of superplasticizer type (SNF, SMF, PC) and C3A content in cement (0,4% and 8,8%) on rheological parameters of mortars [19] g p o lo m in ILOŚĆ SP, % g p o 6 0 m in -O C/P = 1/3 C/P = 1/3-6 C/P = 1/2 A C/P = 1/2 - D - C/P = 1/1 C/P = 1/1 ILOŚĆ SP, % h po 1 0 min h po 60 min O C/P = 1/3 C/P = 1/3 A - C/P = 1/2 A C/P = 1/2 O C/P = 1/1» C/P =1/1 Rys Wpływ ilości superplastyfikatora na parametry reologiczne zapraw o w/c = 0,35 i różnym stosunku piasku do cementu (różnym stopniu wypełnienia stosu okruchowego kruszywa zaczynem) 1 Fig Influence of superplasticizer content on rheological parameters of w/c = 0,35 fresh mortars with different sand to cement ratio (different cement paste volume and spacing between aggregate) 1 1Niepublikowana praca własna pt. Kompatybilność cement - domieszka upłynniająca a właściwości reologiczne mieszanki betonowej w aspekcie jej urabialności.

22 40 Wpływ superplastyfikatorów na właściwości Teologiczne.. Wpływ superplastyfikatorów na właściwości reologiczne. 41 jest stosunek w/c i/lub wskaźnik cp^, tym spadek lepkości plastycznej r pi (/?) jest mniejszy lub nawet może w ogóle nie występować (rys , 3.8). Suchoń [167] wykazał, że wielkość stosunku w/c, przy którym zmienia się charakter wpływu wzrastającego dodatku superplastyfikatora na lepkość plastyczną t pi (h) mieszanki, zależy od wskaźnika cpz/k- Im Zaprawa P/C = 3/1 Cement CEM I 32,5-512 kg/m3 120 Piasek CEN 0-2 mm kg/m3 wp = 0,057 kg/kg 100 wskaźnik (p^ jest większy, tym mniejszy jest stosunek w/c, przy którym następuje ta zmiana. Ilustrująto rys , 3.8. Różny zakres zmian parametrów Teologicznych mieszanek o różnym stosunku w/c w wyniku dodatku superplastyfikatora wyjaśnił w oparciu o analizę zawartości wody wolnej w mieszance Szwabowski [180]. Ogólnie, jeśli proporcja objętości wody wolnej do sumy objętości wody związanej chemicznie i fizycznie jest duża, to efekty dodania superplastyfikatora są mniejsze. Dzieje się tak, ponieważ w mieszance jest już dużo wody wolnej, a udział uwalnianej przez superplastyfikator wody związanej fizycznie w całkowitej objętości wody jest stosunkowo niewielki. Uwolnienie dodatkowej ilości wody przez superplastyfikator w małym stopniu wpływa więc na właściwości reologiczne mieszanki. Im więcej wody wolnej w mieszance, tym mniejszy dodatek superplastyfikatora potrzebny jest do uzyskania założonego efektu. Im mniej jest wody wolnej w mieszance, tym dodatek superplastyfikatora potrzebny do uzyskania tego efektu musi być większy. Ze względu na ograniczoną ilość wody, jaką można uwolnić w mieszankach betonowych o małym stosunku w/c, po osiągnięciu pewnej granicznej ilości dodatku superplastyfikatora dalsze zmiany parametrów reologicznych są raczej niemożliwe. Dotychczasowe badania wykazują że w przypadku mieszanek betonowych o stosunku g, N m g, N mm Viskomat PC 1 1,5 2 g po 10 min w/c - 0,55 fc w/c - 0,50 w/c - 0,45 ilo ść s p, % g po 50 min -O w/c - 0,55 w/c - 0,50 O w/c - 0,45 Mieszanka betonowa (P+K)/C = 3/1 Cement CEM I 32,5-512 kg/m3 Kruszywo mm kg/m3 wk = 0,032 kg/kg, PP - 33% 2,5 1 1,5 ILOŚĆ SP, h po 10 min w/c - 0,55 ń w/c-0,50 w/c - 0,45 h po 50 min -O w/c-0,55 -ń w/c - 0,50 O w/c - 0,45 (P+K)/C = 3-^4 zmiana charakteru wpływu wzrastającego dodatku superplastyfikatora na lepkość plastyczną r pi (h) zachodzi przy stosunku w/c = 0,30 + 0,40 (rys. 3.1); natomiast w przypadku zapraw z piaskiem normowym o stosunku P/C = 3 przy stosunku w/c = 0,45 + 0,50 (rys. 3.2 i 3.3). Powyższe ustalenia potwierdzają przedstawione na rys. 3.9 wyniki badań własnych. Pokazują one wpływ zwiększania dodatku superplastyfikatora na parametry reologiczne zapraw o stosunku P/C = 3 i stosunku w/c = 0,55, 0,50 i 0,45 oraz mieszanek betonowych z kruszywem naturalnym mm o stosunku (K+P)/C = 3. Stosunek w/c mieszanek został, ze względu na mniejszą wodożądność kruszywa w mieszance betonowej Wk+P niż w zaprawie wp2, odpowiednio skorygowany w celu uzyskania zbliżonej ilości wody ROD 1 1,5 2 2,5 ILOŚĆ SP, % g po 10 min w/c - 0,44 A w/c - 0,40 w/c - 0,36 g po 50 min -O w/c - 0,44 w/c - 0,40 -O w/c - 0,36 ILOŚĆ SP, %C wagowo h po 10 min h po 50 min w/c - 0,44 -O w/c - 0,44 * w/c - 0,40 -A w/c - 0,40 w/c - 0,36 O w/c - 0,36 wolnej w mieszankach betonowych i zaprawach. Analogiczną do zapraw o w/c = 0,55, 0,50 i 0,45 ilość wody wolnej mieszanki betonowe uzyskują przy stosunku w/c = 0,44, 0,40, 0,36. 2 Wodożądność piasku mm w zaprawie wp i kruszywa 0-^16 mm w mieszance betonowej wk+p wyliczono przyjmując wodożądność poszczególnych frakcji wg Sterna [113]. Rys Wpływ superplastyfikatora SNF na parametry reologiczne zapraw i mieszanek betonowych (opis w tekście) Fig Influence of SNF superplasticizer on rheological parameters of mortars and fresh concrete (description in text)

23 42 Wpływ superplastyflkatorów na właściwości reologiczne.. Wpływ superplastyflkatorów na właściwości reologiczne.. 43 W przypadku mieszanek betonowych graniczny stosunek w/c wyznaczający zmianę charakteru wpływu wzrastającego dodatku superplastyfikatora na ich lepkość plastyczną r)pi (h) zawiera się w przedziale 0,36 0,40; w przypadku zapraw w przedziale 0,50 0,55 (rys. 3.9). Trzeba przy tym podkreślić, że w celu uzyskania pełnego upłynnienia mieszanek betonowych i zapraw o identycznych stosunkach w/c i (P+K)/C konieczne jest w przypadku tych drugich stosowanie znacznie większego dodatku superplastyfikatora. Jednocześnie w przypadku określonego dodatku superplastyfikatora pełne upłynnienie takich zapraw uzyskiwane jest przy znacznie większym stosunku w/c niż mieszanek betonowych. Jest to spowodowane tym, że otulenie ziaren piasku w zaprawie przy zadanej stałej grubości otulenia zaczynem cementowym wymaga, ze względu na większą powierzchnię właściwą piasku niż kruszywa grubego, więcej zaczynu niż w przypadku mieszanki betonowej. Przy jednakowym stosunku (P+K)/C uzyskanie zaprawy o podobnym upłynnieniu jak w przypadku mieszanki betonowej wymaga dodania większej ilości wody lub/i superplastyfikatora W pływ w ła ściw o ści cem en tu i su perp lastyfikatora Wpływ właściwości cementu i superplastyfikatora na reologię mieszanek Wpływ rodzaju i właściwości fizykochemicznych cementu na właściwości reologiczne mieszanek i na efektywność działania superplastyflkatorów dopiero w ostatnich latach stał się przedmiotem systematycznych badań. Wcześniej wpływ ten uznawany był za mniej ważny. Dotychczasowy dorobek, dotyczący reologii mieszanek na spoiwach cementowych, nie jest jeszcze duży, a wąski zakres badań nie pozwala na uogólnienia. Na jego podstawie można tylko stwierdzić, że stosowanie cementów o większej powierzchni właściwej powoduje zwykle zwiększenie granicy płynięcia t 0 (g) mieszanek, któremu towarzyszy zmniejszenie lepkości plastycznej t]pi (h). Przy stałym dodatku superplastyfikatora stosowanie cementów 0 mniejszej zawartości C3A pozwala na uzyskanie mniejszej granicy płynięcia t 0 (g) 1 zmniejszonej lub zwiększonej lepkości plastycznej r pi (h). (rys. 3.5 i 3.10). Podobne wyniki daje stosowanie cementów z dodatkami mineralnymi, chociaż w tym przypadku efekty działania superplastyfikatora mogą się zmieniać w znacznym zakresie w zależności od rodzaju, właściwości i ilości zastosowanego do cementu dodatku (rys. 3.11). Dotychczasowe badania wskazują że efekt upłynnienia superplastyfikatorami SNF, PC i PE zależy od zawartości alkaliów w cemencie (rys. 3.10), nie jest możliwe jednak jednoznaczne określenie charakteru tego wpływu. W przypadku cementów o większej miałkości Mork i Gj0 rv [133] oraz Harvard i Gj0 rv [8 6 ] stwierdzili, że rodzaj siarczanu wapnia wpływa na właściwości g, N mm g, N mm - Cem A; PC -Cem B; PC -Cem C; PC ILOŚĆ SP, % С -Cem A; SNF -Cem B; SNF -Cem C; SNF - Cem A; PC -Cem B; PC -Cem C; PC ILOŚĆ SP, % С -Cem A; SNF -Cem B; SNF -Cem C; SNF Skład cementu [%1 Cement Swe SiOz CaO ai2o3 Fe20 3 MgO Na2Oe S03 C3S C2S СзА CłAF [m2/kg] A 19,3 64,1 5,7 2,8 1,4 0,8 2, В 20,4 64,1 4,8 2,5 2,1 1,1 2, С 22,6 64,3 4,4 3,0 1,0 0,7 2, Rys Wpływ składu cementu na parametry reologiczne zapraw z superplastyfikatorami SNF i PC [69, 73] Fig Influence of cement composition on mortars with SNF and PC superplasticizers rheological parameters [69, 73]

24 44 Wpływ superplastyfikatorów na właściwości reologiczne.. Wpływ superplastyfikatorów na właściwości reologiczne. 45 PRĘDKOŚĆ ŚCINANIA, 1/min PRĘDKOŚĆ ŚCINANIA, 1/min Эго fn m] fco FN m sl 9бо [N m] hm [N m sl 1. СЕМ I; PE1-1,9% 3,64 0,17 5,67 0,16 2. CEM ll/b-s, PE1-1,8% 1,75 0,21 3,77 0,19 3. CEM lll/a; PE1-1,6% 0,1 0,26 0,71 0,24 4. СЕМ I; PE2-2% 5,33 0,10 9,67 0,08 Rys Wpływ rodzaju cementu (СЕМ I, CEM II/B-S, CEM III/A) na parametry reologiczne mieszanek betonowych z superplastyfikatorami РЕ o różnej budowie strukturalnej [65] Fig Influence of cement type (СЕМ I, CEM Il/B-S, CEM II1/A) on rheological parameters of fresh concrete with PE superplasticizers of different molecular structure [65] reologiczne mieszanki, jednak ścisłych korelacji nie udało się uzyskać. Claisse et al. [22] stwierdzili, że stosowanie anhydrytu w miejsce gipsu powoduje wzrost obu parametrów Teologicznych zapraw z superplastyfikatorami SNF i SMF Wpływ właściwości superplastyfikatora i cementu na reologię zaczynów Do omówionych w tym punkcie zależnościach wpływu właściwości superplastyfikatora i cementu na reologię zaczynów, jakkolwiek trudno przecenić ich wartość poznawczą i użyteczność, trzeba podchodzić, uwzględniając specyfikę reologii mieszanek cementowych. Wielu autorów wykazuje, że reologiczne efekty działania superplastyfikatora na zaczyn i mieszankę mogą być odmienne (Banfill [11, 12, 13], Ferraris et al. [56, 57], Ramachandran [153], Szwabowski [180] Tattersall i Banfill [188]). Superplastyfikator dodany do zaczynu zawsze zmniejsza jego granicę płynięcia t0 i lepkość plastyczną r pi (Asaga i Roy [6, 157, 158], Daimon i Roy [28, 29], Grzeszczyk [80], Ramachandran [153], Rudziński [159]). W przypadku mieszanek na spoiwie cementowym superplastyfikator również zmniejsza granicę płynięcia x0, jednak, jak to pokazano w rozdz. 3.2, zależnie od składu mieszanki zmniejsza, nie wpływa lub zwiększa jej lepkość plastyczną r p. Z tego też powodu utrudnione jest wnioskowanie o wpływie superplastyfikatora na właściwości reologiczne mieszanki tylko na podstawie badania jego wpływu na właściwości reologiczne zaczynu. Należy przy tym pamiętać, że reologia zaczynów jest bardziej złożona od reologii zapraw i mieszanek betonowych i, co ważniejsze, znacznie się od niej różni (Banfill [11, 12, 13], Banfill i Tattersall [188], Mierzwa i Urban [128] Szwabowski [180]). Na reologię zaczynu duży wpływ ma powierzchnia cementu, natomiast reologia mieszanek zależy w dużym stopniu od efektów masy, wynikających z dominującego udziału kruszywa w mieszance. W próbie płynięcia zaczyn cementowy, w przeciwieństwie do mieszanek, ujawnia właściwości ciała plastycznego o wysokim stopniu nieliniowości, które w trakcie przepływu ze stałą szybkością ścinania wykazuje dodatkowo bardzo silne cechy tiksotropowe (Grzeszczyk [80], Kurdowski [114], Masood i Agrawal [127], Rudziński [159], Tattersall i Banfill [188]). O ile więc do opisu właściwości Teologicznych mieszanek wystarczający jest model Binghama, o tyle zaczyny wymagają modeli bardziej złożonych. Atzeni et al. [7] oraz Papo [145] stwierdzili, że właściwości reologiczne zaczynu cementowego najlepiej opisują kolejno modele Herschela-Bulkleya, Robertsona-Stiffa i Ellisa. Równocześnie stwierdzili oni, że modelu Binghama nie można stosować do opisu reologii zaczynów, a ewentualnie może być używany tylko w wąskim zakresie przy bardzo dużym stosunku w/c lub przy dużym dodatku superplastyfikatora. Zaczyn cementowy najsilniej upłynniają superplastyfikatory PC i PE, a następnie SNF. Najsłabsze działanie upłynniające wykazują superplastyfikatory SMF. Badania Andersona et al. [4, 5], Bonena i Sarkara [17], Costy et al. [26], Kima et al. [104], Magarotto et al. [122] wykazują większą efektywność upłynnienia zaczynu przez superplastyfikatory o większej masie cząsteczkowej. Badania Kinoshity et al. [107], Maedera i Schobera [121], Nawy et al. [136], Shonaki et al. [161], Sugiyamy et al. [168], Yamady et al. [212, 215] pokazują natomiast, że silniejsze działanie upłynniające superplastyfikatorów PC i PE wynika nie tyle z ich dużej masy cząsteczkowej, ile z przestrzennej struktury tworzących je polimerów. Przy podobnej masie cząsteczkowej superplastyfikatory, zawierające polimery o dłuższych łańcuchach bocznych, silniej upłynniają zaczyn, a zmniejszenie upłynnienia w czasie jest wolniejsze (tabl. 3.1, rys. 3.12). Badania Grzeszczyk i Sudoła [83] oraz Hamady et al. [84] pokazują że superplastyfikatory PE, zawierające polimery o dłuższych łańcuchach bocznych, nadają zaczynowi większą lepkość plastyczną t pi. Ferrari et al. [53] oraz Grzeszczyk i Sudoł [82, 83] wykazali, że superplastyfikatory PC i PE, zawierające polimery o różnym stosunku bloków merów pochodnych karboksylowych do polieteroestrowych, w różnym stopniu upłynniają zaczyn. Wykazali również, że istnieje zależny od właściwości cementu optymalny ze względu na efekt upłynnienia stosunek tych merów; wąski zakres badań nie pozwala, niestety, na uogólnienia.

25 46 Wpływ superplastyfikatorów na właściwości reologiczne. Wpływ superplastyfikatorów na właściwości reologiczne. 47 Tablica 3.1 Czynniki struktury polimeru superplastyfikatora wpływające na stopień upłynnienia zaczynu cementowego i czas jego utrzymania wg [168] Upłynnienie Względna długość łańcucha głównego Budowa polimeru superplastyfikatora Względna długość łańcuchów bocznych Względna liczba łańcuchów bocznych Niski stopień upłynnienia i krótki czas utrzymania stopnia upłynnienia Długi Krótki Duża Wysoki stopień upłynnienia Krótki Długi Mała Długi czas utrzymania upłynnienia Krótki Długi Duża UJ > z > ur _ S o g a. i? i u I a -o < o O w/c-0,40; SP-0,027% O w/c-0,35; SP-0,044% A w/c-0,30; SP-0,087% X w/c-0,25; SP-0,196% O w/c-0,23; SP-0,465% DŁUGOŚĆ ŁAŃCUCHA BOCZNEGO, mol LU Z > 0 >- a o g cc * z 1 o o ty co Ł O w/c-0,40; SP-0,027% - O w/c-0,35; SP-0,044% & -w /c -0,3 0 ; SP-0,087% X w/c-0,25; SP-0,196% - O w/c-0,23; SP-0,465% DŁUGOŚĆ ŁAŃCUCHA GŁÓWNEGO, mol Rys Wpływ długości łańcuchów bocznych i głównego superplastyfikatora PC na rozpływ zaczynu [215] Fig Effect of length of main and side chains of PC superplasticizer on paste flow [215] CL Nl o Cement #1 ;C3A 3%, S c 305 m2/kg - Cement # 2 ;C3A 4%, S»c 389 m2/kg - Cement #5 ;C3A 5%, Swe 357 m2/kg - Cement # 3 ;C3A 10%, Swe 308 m /kg - Cement #4 ;CsA 8 %, Swc 530 m2/kg -C em ent#6 ;C3A 12%, S *c492 m2/kg Cement #1,2,5 - w/c=0,35 Cement #3,4,6 - w/c=0,50 CZAS, min Rys Upłynnienie i utrzymanie upłynnienia w czasie zaczynów z cementami o różnym C3A Swc z dodatkiem superplastyfikatora SNF [17] Fig Flow and flow retention in time of pastes with cements of different C3A Swc and SNF superplasticizer [17] Ze względu na właściwości cementu największy wpływ na reologię zaczynów z superplastyfikatorami mają: zawartość C3A, zawartość alkaliów w cemencie, forma i ilość siarczanu wapnia jako regulatora wiązania cementu oraz powierzchnia właściwa cementu. Liczne badania pokazują że przy danym stałym dodatku superplastyfikatora zaczyny z cementami o mniejszej zawartości C3A charakteryzują się większym stopniem upłynnienia (Costa et al. [26], Ramachandran [153]). Według Bonena i Sarkara [17] oraz Hanna et al. [85] upłynnienie zaczynu koreluje z iloczynem powierzchni właściwej cementu i zawartością C3A i maleje wraz ze wzrostem tego iloczynu (rys. 3.13). Według Baragano i Maciasa [14] stopień upłynnienia zaczynu superplastyfikatorami SNF i SMF zależy od stosunku C3A/Ca2SC>4 w cemencie; wzrost tego stosunku powoduje zmniejszenie efektu upłynnienia. Upłynnienie zaczynu superplastyfikatorami SNF w obecności dwuwodnego siarczanu wapnia jest o wiele większe niż w przypadku jego formy półwodnej (Bonen i Sarkar [17], Nawa i Euguchi [137]). W przypadku gdy siarczan wapnia występuje jako anhydryt, upłynnienie jest pośrednie; mniejsze niż w przypadku dwuwodzianu, a większe niż w przypadku półwodzianu. Przy małej zawartości C3A i alkaliów w cemencie forma występowania siarczanu wapnia nie ma większego wpływu na efekt upłynnienia (Moulin i Broyer [134], Nawa i Euguchi [137]). Jiang, Kim et al. [97, 98, ] wykazują że w przypadku 0,5 *- 0,8% zawartości alkaliów w cemencie upłynnienie zaczynu superplastyfikatorami SMF i SNF jest największe (rys. 3.14). Efekt ten według Jianga, Kima et al. [97, 98, ] wyjaśnić można następująco. Gdy superplastyfikatory SNF i SMF dodaje się do zaczynu z cementu o małej zawartości alkaliów, to większość ich polimerów jest adsorbowana na fazach glinianowych i przechwytywana w produktach hydratacji, co zmniejsza ilość efektywnie działającego superplastyfikatora i upłynnienie zaczynu. Przy zwiększonej zawartości alkaliów wzrasta natomiast ilość jonów siarczanowych w roztworze, co zwiększa jego silę jonową i również powoduje słabsze upłynnienie zaczynu oraz sprzyja szybszemu zanikowi efektu upłynnienia w czasie. Z drugiej jednak strony, zwiększona ilość jonów siarczanowych hamuje adsorpcję superplastyfikatora na fazach glinianowych. Zwiększa się tym samym jego adsorpcja na fazach krzemianowych i/lub jego stężenie w roztworze, zwiększając efekt upłynnienia. Magarotto et al. [122], Matsuhisa et al. [126], Moulin i Broyer [134], Yamada et al. [ ], oraz Yamaguchi et al. [216] wykazali, że upłynnienie zaczynu cementowego superplastyfikatorami PC i PE koreluje z zawartością rozpuszczalnych alkaliów w cemencie. Płynność zaczynów z cementami o dużej zawartości alkaliów jest obniżona, nawet wtedy gdy do ich upłynnienia stosowane są superplastyfikatory PE i PC z długimi łańcuchami bocznymi

26 48 Wpływ superplastyfikatorów na właściwości reologiczne.. Wpływ superplastyfikatorów na właściwości reologiczne CZAS, min w/c = 0,50 Cement #1;SP-1% Cement #2; SP-0,5% Cement #3; SP-0,5% Cement #4; SP-0,5% Cement #5; SP-0,5% Cement #6; SP-1% Rys Zmiana upłynnienia zaczynów cementowych z superplastyfikatorem SNF w funkcji czasu hydratacji [104] Fig Flow loss of cement pastes with SNF superplasticizer as a function of hydration time [104] CZAS, min Rys Wpływ ilości rozpuszczalnych alkaliów w cemencie na rozpływ zaczynu z superplastyfikatorem PE [122] Fig Influence of soluble alkaline sulfates on flowability of cement pastę with PE superplasticizer [122] (rys. 3.15). Efekt ten według Grzeszczyk i Sudoła [82], Sugiyamy et al. [168] i Uchikawy [196] wyjaśnić można zmianą konformacji (skłębieniem się) łańcuchów głównego i bocznych pod wpływem jonów S 0 42' i w wyniku tego zmniejszeniem się efektu sterycznego. Przy większym stopniu rozdrobnienia cementu wpływ superplastyfikatora na stopień upłynnienia zaczynu, niezależnie od rodzaju domieszki, jest mniejszy (Nawa i Euguchi [137]). Uzyskane w wyniku dodania superplastyfikatora większe upłynnienie zaczynu cementowego nie jest efektem trwałym i maleje z upływem czasu. Ponieważ jednak o zmianach stopnia upłynnienia decyduje szybkość procesu hydratacji cementu, a ta w obecności superplastyfikatora jest zmniejszona, utrata upłynnienia zaczynów cementowych z dodatkiem superplastyfikatorów jest zwykle wolniejsza niż bez ich dodatku. Spadek stopnia upłynnienia jest największy w przypadku zaczynów z dodatkiem SMF; superplastyfikatory SNF działają dłużej, jednak i w tym przypadku efekt upłynnienia może szybko maleć w czasie i po minutach osiągać już znaczny spadek (rys. 3.14). Superplastyfikatory PC i PE zwykle utrzymują upłynnienie zaczynu na stałym poziomie przez 60 min i dłużej (rys. 3.14), szczególnie długo wtedy, gdy zawarte w nich polimery charakteryzują się dużą masą cząsteczkową i/lub długimi łańcuchami bocznymi (Houst et al. [90, 91], Nawa et al. [136], Yamada et. al. [215]). W pewnych przypadkach upłynnienie takich zaczynów może się nawet początkowo zwiększać z upływem czasu. Większy dodatek superplastyfikatora zmniejsza spadek upłynnienia w czasie; szybką utratą upłynnienia w czasie charakteryzują się natomiast zaczyny z małą ilością wolnego superplastyfikatora lub uzyskane z cementów adsorbujących dużą jego ilość w czasie (Bonen i Sharkar [17], Kim et al. [104], Yamada i Hanehara [212]). Utrata upłynnienia zwiększa się wraz ze wzrostem powierzchni właściwej cementu i zawartością C3A w cemencie (rys 3.12). Ilość i forma siarczanu wapnia również wpływają na szybkość utraty upłynnienia zaczynu, jednak w tym przypadku trudno wskazać na jednoznaczne tendencje. Bonen i Sarkar [17] oraz Femon et al. [59] stwierdzili, że utrata upłynnienia zaczynu maleje wraz ze spadkiem siły jonowej roztworu. Utrata upłynnienia zaczynu zależy też od zawartości alkaliów rozpuszczalnych w cemencie; w przypadku zaczynów z dodatkiem SNF i SMF jest ona najmniejsza przy zawartości alkaliów 0,4 *- 0,5%, a w przypadku zaczynów z dodatkiem PC i PE zwiększa się ze wzrostem zawartości alkaliów (rys. 3.14, 3.15) W p ływ czasu w p row adzen ia superplastyfikatora Zjawiska zachodzące w mieszance związane z hydratacją cementu powodują że czas dodania superplastyfikatora może mieć duży wpływ na jej parametry reologiczne. Większa skuteczność działania superplastyfikatorów SNF i SNF dodawanych do mieszanki z opóźnieniem jest powszechnie znana, a jej mechanizm wyjaśnili Chiocchio i Paolini [21], Penttala [146] oraz Uchikawa [197]. Jak pokazują zależności na rys. 3.16, opóźnione dodanie do mieszanki superplastyfikatorów SNF i SMF powoduje zmniejszenie granicy płynięcia t 0 (g) tym większe, im większe było to opóźnienie oraz nieznaczny spadek, brak zmian lub nieznaczny wzrost lepkości plastycznej r\pi (h). Im wcześniej więc superplastyfikatory te zostaną dodane do mieszanki, tym do uzyskania wymaganych jej parametrów Teologicznych konieczna będzie większa ich ilość. Opóźnione dodawanie superplastyfikatorów PC i PE zwykle nie wpływa wyraźnie na parametry reologiczne mieszanki. Jak jednak pokazują

27 50 Wpływ superplastyfikatorów na właściwości reologiczne.. Wpływ superplastyfikatorów na właściwości reologiczne.. 51 E E z < z < z o Ul 3 Ca O CL O SP SNF -1,5 % ; w /c = 0,50; SP z wodą 2. SP SNF -1,5 % ; w /c = 0,50; SP + 1 min 3. SP SNF -1,5 % ; w /c = 0,44; SP z wodą 4. SP SNF -1,5 % ; w /c = 0,44; SP + 1 min 5. SP SMF - 2,5%; w /c = 0,53; SP z wodą 6. SP SMF - 2,5%; w /c = 0,53; SP + 1 min zależności na rys. 3.17, opóźnione dodanie tych superplastyfikatorów do mieszanek z cementami o dużej zawartości C3A i Na2 0 e zmniejsza efektywność ich działania. Mechanizm takiego wpływu superplastyfikatorów PC i PE, jak wyjaśnił Uchikawa [197], związany jest ze zmianami ich konformacji i zmniejszeniem zasięgu bariery sterycznej. Efekt opóźnionego dodania superplastyfikatora, niezależnie od jego rodzaju, maleje ze wzrostem w/c mieszanki, ilością dodanego superplastyfikatora oraz w obecności dodatków mineralnych, a rośnie ze wzrostem zawartości C3A w cemencie (Szwabowski i Gołaszewski [69,170]). C/P = 1/3 Cement CEM I 42,5 po 1 0 min Viskomat PC PRĘDKOŚĆ ŚCINANIA, 1/min PRĘDKOŚĆ ŚCINANIA, 1/min g10 fn mml hm [N mm min] 1. SP SNF 1,5%; w /c = 0,50; SP z woda 28,5 0,179 47,1 0, SP SNF 1,5%; w /c = 0,50; SP + 1 min 20,4 0,185 32,2 0, SP SNF 1,5%; w /c = 0,44; SP z wodą 49,3 0,175 90,6 0, SP SNF 1,5%; w /c = 0,44; SP + 1min 35,2 0,233 60,8 0, SP SMF 2,5%; w /c = 0,53; SP z wodą 61,8 0, ,6 0, SP SMF 2,5%; w /c = 0,53; SP + 1 min 29,5 0,162 95,9 0,090 ó5 E E z hso [N mm min] Rys Wpływ czasu wprowadzenia superplastyfikatorów SNF i SMF na parametry reologiczne zapraw [69] Fig Influence of addition time of SNF and SMF superplasticizers on mortars rheological parameters [69] < z < z o <n 3 ca O CL O PC -1,5%; w/c = 0,45; SP z wodą 2. PC -1,5%; w/c = 0,45; SP + 1 min 3. PE -1,5%; w/c = 0,45; SP z wodą 4. PE -1,5%; w/c = 0,45; SP + 1 min C/P = 1/3 Cement CEM I 42,5; C3A- 12%, Na2Oe - 0,7% Viskomat PC PRĘDKOŚĆ ŚCINANIA, 1/min E E Z < z < z o w 3ca o CL O po 60 min PRĘDKOŚĆ ŚCINANIA, 1/min 3.5. W p ływ tem p eratu ry na efekty działania superplastyfikatora Właściwości reologiczne mieszanek z dodatkiem superplastyfikatorów zmieniają się znacznie w wyniku zmian temperatury. Pomimo znaczenia tego zjawiska nie było ono przedmiotem wielu badań, a ilość dostępnych danych z tego zakresu jest niewielka. Systematyczne dane wpływu temperatury na właściwości reologiczne mieszanek przedstawili Maeder et al. [120] oraz autor i Szwabowski [69, 72, 73]. Wzrost temperatury mieszanki bez superplastyfikatora w zakresie od 10 do 35 C zwiększa znacznie granicę płynięcia x0 (g) tym silniej, im większa jest reaktywność cementu. Wzrostowi temu towarzyszy zwykle nieznaczny spadek lepkości plastycznej rjpi (h). Taki charakter zmian właściwości Teologicznych jest wynikiem przyspieszenia procesu hydratacji cementu i zmniejszenia ilości wody wolnej w mieszance. W obecności superplastyfikatora zmiany właściwości Teologicznych mieszanki mają odmienny charakter. Z badań omówionych w pracach [69, 72, 73, 77, 120] wynika, że wzrost Temp. g [N mm] h [N mm mini R" PC2 1 % 35 PC1 2,34 0, , C PC2 9,57 0,080 0,932 PC1 4,14 0, , C PCI 1% 35 PC2 21,67 0,070 0,912 PC2 1% 20 PC1 1% 20 f f i o [N mm] h w [N mm mini Sso fn mml hso fn mm min] 1. PC 1,5%; w /c = 0,45; SP z wodą 27,6 0,084 44,7 0, PC 1,5%; w/c = 0,45; SP + 0,5 min 36,2 0,132 60,6 0, PE 1,5%; w /c = 0,45; SP z wodą 28,7 0,104 80,4 0, PE 1,5%; w /c = 0,44; SP + 0,5 min 44,3 0,113 94,2 0,040 Rys Wpływ czasu wprowadzenia superplastyfikatorów PC i PE na parametry reologiczne zapraw3 Fig Influence ofpc and PE superplasticizers addition method on rheological parameters of mortars 3 3 Szwabowski J., Gołaszewski J.: Efekty oddziaływania domieszek upłynniających do zapraw i betonów w układzie zmiennych czynników technologicznych. Projekt badawczy KBN Nr 8 T07E031 20, PRĘDKOŚĆ ŚCINANIA, 1/min Rys Wpływ temperatury na parametry reologiczne zapraw z superplastyfikatorem PC [120] Fig Effect of temperature on rheological parameters of mortars with PC superplasticizer [120]

28 52 Wpływ superplastyfikatorów na właściwości reologiczne.. Wpływ superplastyfikatorów na właściwości reologiczne.. 53 temperatury mieszanki z superplastyfikatorami SNF, PC i PE powoduje również wzrost granicy płynięcia t 0 (g), któremu towarzyszyć może spadek lub wzrost lepkości plastycznej flpi (h) (rys. 3.18). Zakres zmian parametrów Teologicznych może być jednak bardzo różny, a zależy przede wszystkim od stosunku w/c oraz od rodzaju i właściwości cementu i superplastyfikatora; zwykle jednak zakres zmian granicy płynięcia t 0 (g) jest mniejszy, a lepkości plastycznej rjpi (h) większy niż w przypadku mieszanek bez dodatku superplastyfikatora. Charakter i zakres wpływu temperatury na właściwości reologiczne mieszanek wynikają z nakładania się następujących efektów: wzrostu prędkości przebiegu procesu hydratacji cementu ze wzrostem temperatury, a więc zmniejszenia zawartości wody wolnej w mieszance, zmiany stopnia adsorpcji superplastyfikatora, która zwiększa się ze wzrostem temperatury (Nawa et al. [135]) oraz, w przypadku superplastyfikatorów PE i PC, zmiany konformacji zawartych w nich polimerów. W wyższych temperaturach łańcuch główny i łańcuchy boczne ulegają skłębieniu, a efekt steryczny maleje (Grzeszczyk i Sudoł [83], Jolicoeur et al. [102], Nawa et al. [136], Roncero et al. [156]). Dodatkowo, wzrost temperatury powoduje zwiększenie spójności kapilarnej mieszanki i w efekcie zwiększenie jej granicy płynięcia t 0 (g) (Szwabowski [179, 180]) W p ływ czasu na efek ty działania su perp lastyfikatora W wyniku hydratacji cementu wraz z upływem czasu granica płynięcia x0 (g) i lepkość plastyczna r)pi (h) mieszanek zarówno bez, jak i z dodatkiem superplastyfikatora zmieniają się. Zmiany te w przypadku mieszanek bez dodatku superplastyfikatora są zwykle szybsze niż w przypadku mieszanek o takim samym w/c lecz z superplastyfikatorem, a więc o zmienionej konsystencji. Jednak gdy porównuje się ze sobą mieszanki o takiej samej konsystencji bez i z dodatkiem superplastyfikatora, to często szybsze zmiany parametrów Teologicznych występują w mieszankach z superplastyfikatorem, zwłaszcza gdy różnica stosunków w/c tych mieszanek jest duża. Granica płynięcia t 0 (g) wzrasta z upływem czasu (rys. 3,3, 3.4, , 3.16, 3.17). Wzrost ten w przypadku mieszanek z dodatkiem SNF jest mniejszy niż w przypadku mieszanek o identycznym stosunku w/c bez jego dodatku. W tych samych warunkach wzrost granicy płynięcia x0 (g) mieszanek z dodatkiem SMF może być nawet dwukrotnie większy. Kierunek i zakres zmian lepkości plastycznej r pi (h) w czasie zależą od stosunku w/c mieszanki, rodzaju superplastyfikatora, a w przypadku superplastyfikatorów PC i PE również od masy cząsteczkowej i budowy tworzących je polimerów. W przypadku mieszanek z dużym dodatkiem superplastyfikatora lub o relatywnie dużym stosunku w/c, a także w przypadku mieszanek o dużym stopniu wypełnienia kruszywa zaczynem <pz/k występuje tendencja do wzrostu lepkości plastycznej r]pi (h) z upływem czasu (rys. 3,3, 3.4, , 3.16). Przy małym stosunku w/c, małym dodatku superplastyfikatora oraz przy małym wskaźniku wypełnienia stosu okruchowego kruszywa zaczynem <pz/k lepkość plastyczna r pi (h) mieszanek może wykazywać wyraźną tendencję do zmniejszania się z upływem czasu (rys. 3,3, 3.4, , 3.16, 3.17). Zakres zmian lepkości plastycznej r)pi (h) w czasie mieszanek z dodatkiem PC i PE maleje ze wzrostem masy cząsteczkowej i długości łańcuchów bocznych polimerów zawartych w tych superplastyfikatorach. Wolniejszy wzrost granicy płynięcia t 0 (g) i lepkości plastycznej r pi (h) stwierdzono, jak można się tego spodziewać, w przypadku mieszanek z cementami z dodatkami i o małej zawartości C3A (rys. 3.10, 3.11). Opóźnienie dodania superplastyfikatora SNF zmniejsza zakres zmian granicy płynięcia T0 (g) w czasie, czemu nie towarzyszą większe zmiany lepkości plastycznej r)pi (h). Opóźnienie dodania superplastyfikatorów PC i PE nie wpływa na zakres zmian parametrów Teologicznych mieszanki w czasie. Kierunek i zakres zmian parametrów Teologicznych w czasie są wyraźnie związane z temperaturą mieszanki i mogą się zmieniać w szerokim zakresie w zależności przede wszystkim od rodzaju i właściwości cementu i superplastyfikatora, ilości dodanego superplastyfikatora oraz od stosunku w/c. Dotychczasowe prace obejmujące te zagadnienia nie pozwalają jednak na uogólnienia. Analiza dostępnych wyników badań pokazuje, że zmiany parametrów reologicznych mieszanki w czasie są również związane z zawartością zaczynu w mieszance oraz początkową wielkością parametrów reologicznych. Im mniejszy jest wskaźnik wypełnienia stosu okruchowego kruszywa zaczynem q>z/k, tym zmiany parametrów reologicznych mieszanki w czasie są większe (rys. 3.9). Im większa jest początkowa granica płynięcia x0 (g), tym szybkość jej wzrostu jest również większa (rys. 3.9). W przypadku mieszanek z dodatkiem PE i PC wzrost granicy płynięcia t 0 (g) jest wolny; w takich samych warunkach nawet trzykrotnie mniejszy od mieszanek z dodatkiem SNF. Zwiększenie dodatku superplastyfikatora zmniejsza wzrost granicy płynięcia t 0 (g) w czasie.

29 54 Wplyw superplasty fikatorów na właściwości reologiczne.. Wplyw superplastyfikatorów na właściwości reologiczne W p ly w d o m ieszek chem iczn ych i dodatków m in eraln ych na efekty d ziałania su p erp lastyfik atora W skład zaprawy i betonu często wchodzą domieszki chemiczne i dodatki mineralne. Odgrywają one ważną rolę w technologii betonu, gdyż ich stosowanie pozwala na korzystne zmiany właściwości mieszanki betonowej i betonu oraz uzyskanie znacznych korzyści technicznych i ekonomicznych. Ponadto, stosowanie dodatków jest często równoznaczne z utylizacją odpadów przemysłowych. Właściwości i podstawowe efekty stosowania typowych dodatków i domieszek omówiono w opracowaniach monograficznych (Aitcin [1], Giergiczny et al. [65], Neville [138], Nocuń-Wczelik [140], Ramachandran [153]) w/c = 0,40 g po 1 0 min Cement: C3A - 2%, Swc m /kg, S0 3-3% g po 10 min -Cement A DODATEK SF, % C g po 60 min» Cement A - Cement B A Cement B h po 10 min -Cement A DODATEK SF, % C h po 60 min Cement A - Cement B A Cement B Cement Składniki [%] C3S C2S C3A C4AF S03 Na20 S * [cm2/g] A ,0 0, B ,0 1, Rys Wpływ pyłu krzemionkowego na parametry reologiczne zapraw z dodatkiem superplastyfikatora PE [74] Fig The influence of silica fume on rheological parameters of mortars with PE superplasticizer [74] ILOŚĆ AE, % C Na2Oe - 0,3% PE1/b-0,5% - PE3/b-0,5% - PC/b-0,5% - Na2Oe - 1,1% - PE1/b-0,5% PE3/b-0,5% -PC/b-0,5% ILOŚĆ AE, % C Na2Oe - 0,3% * PE1/b-0,5% PE3/b-0,5% k PC/b-0,5% Na20-1,1% > PE1/b-0,5% 3 PE3/b-0,5% i PC/b-0,5% Rys Wpływ domieszki napowietrzającej na parametry reologiczne zapraw z cementami o 2% C3A i superplastyfikatorami PE i PC [68, 71] Fig The effect of air-entrained admixture on rheological parameters of mortars with 2% C3A cements and PC and PE superplasticizers [68, 71] Stosowanie dodatków i domieszek powoduje zwykle znaczne zmiany parametrów Teologicznych mieszanki. Ze względu na znaczenie problemu wpływ domieszek i dodatków na właściwości reologiczne mieszanek był przedmiotem licznych badań, m. in. Farouga et al. [51, 52], Giergicznego et al. [65], Gjorva [66, 67], de Larrarda [115], Soutsosa i Domonea [164, 165], Szwabowskiego i Gołaszewskiego [174], Tattersalla i Banfilla [180], Urbana [200], Wallevika et al. [201, 204]. W badaniach tych koncentrowano się głównie na zagadnieniach wpływu rodzaju oraz ilości domieszek i dodatków na Teologię mieszanek bez i z dodatkiem różnych superplastyfikatorów. Ze względu na szeroki zakres badań, prace te pozwalają na pewne uogólnienia, dotyczące wpływu dodatków mineralnych, a szczególnie pyłu krzemionkowego, popiołu lotnego, mielonego granulowanego żużla wielkopiecowego, metakaolinitu, mączki ceglanej oraz domieszek napowietrzających na parametry reologiczne mieszanek. Uogólnienia takie przedstawiono w pracach Tattersalla [190], Szwabowskiego [180], de Larrarda [115], Gjorva [66, 67]. Stosunkowo mniej uwagi poświęcano przy tym zagadnieniom efektywności działania superplastyfikatorów w obecności różnych domieszek chemicznych i dodatków mineralnych oraz ich wpływowi na reologiczną kompatybilność układu cement - superplastyfikator.

30 56 Wpływ superplastyfikatorów na właściwości reologiczne.. Wpływ superplastyfikatorów na właściwości reologiczne... 57^ Analiza wyników badań, np. Collepardiego et al. [24], Farouga et al. [51, 52], Giergicznego et al. [65], Gołaszewskiego et al. [68, 74], Kucharskiej et al. [122], Takady [186], Urbana [200], Wallevika [201], wykazuje, że w przypadku równoczesnego stosowania superplastyfikatorów oraz innych domieszek chemicznych i dodatków mineralnych zmiany parametrów Teologicznych mieszanki mogą nie stanowić prostej addytywności wpływu tych czynników. Wpływ domieszki napowietrzającej oraz pyłu krzemionkowego przedstawiono kolejno na rys i P od su m ow an ie Omówienie danych literaturowych pozwala na pewne uogólnienia wpływu superplastyfikatorów na parametry reologiczne mieszanek. Podstawowe tendencje wpływu superplastyfikatorów na parametry reologiczne i ich zmiany w czasie zapraw i mieszanek betonowych zestawiono w tabl Na podstawie przedstawionej analizy można stwierdzić, że pomimo dużej liczby badań wciąż nie uzyskano dostatecznych danych, pozwalających na racjonalne stosowanie superplastyfikatorów. Większość opublikowanych prac dotyczy superplastyfikatorów SNF i SMF. Niewiele prac omawia natomiast wpływ superplastyfikatorów PC i PE, których stosowanie warunkuje wykonywanie betonów wysoko wartościowych i samozagęszczalnych. Jest to związane ze stosunkowo krótkim czasem od wprowadzenia tych superplastyfikatorów do praktyki budowlanej. Brakuje również systematycznych badań wpływu właściwości fizykochemicznych cementów i superplastyfikatorów na charakter i wielkość zmian parametrów Teologicznych mieszanek, obejmujących szerszy zakres zmian tych czynników i jednocześnie uwzględniających występowanie współzależności między nimi. Nie pozwala to na skuteczne prognozowanie wpływu superplastyfikatorów na parametry reologiczne mieszanki w oparciu o jej podstawowe właściwości i właściwości cementu. Nie jest dotychczas szerzej rozpoznany problem zmienności efektów działania superplastyfikatorów, zwłaszcza superplastyfikatorów PE i PC, w obecności najczęściej stosowanych dodatków mineralnych. Brakuje także systematycznych prac, dotyczących wpływu temperatury na parametry reologiczne mieszanek w zależności od właściwości fizykochemicznych superplastyfikatora i cementu. Interpretację dostępnych danych o Teologicznych efektach działania superplastyfikatorów dodatkowo komplikuje brak ujednoliconych metod badań oraz niepełna charakterystyka stosowanych materiałów. 8 H a o P O u x> vo CE N -2 vo Ń -2 T3 'OIh N co CQ TJ i c._ J "w P O UX) 1 S o COca & CO m 00 vo. zi, O Q eo u co t f 0=3 rs ^ ro 15 (U ^ 8 zr CU O fl o C3 ^ O i (N S.S u. o o ~ r-n «I _i CS Oi* o o 4-> (1) KS g o co s B r-a o r- Q ffl oc o X) u ^ łō _ z -3, co * S H I o - J CO > u 1 o "ca ts O -a P OJ 1 3 Uh 1) *7 N co C/D.2* Uh s 2 N c /l N.SU^ CxO C/D ib 2i s <» vo a) I co, l o ; > ca Cd w o v-/ co r-aź O O ca TD o T3 o u Z 0/J co Ifc I g cdo T3 o T3 CdW i & C Uh g B. O - co >* N O- " co C/D co g C Q- ^ c.5 E1.2^ Uh.2 w1.2^. ^ W N N cn N N Oh co H o «o ofitu -2 Oh Oa>(J - s CD E ^ ca c3.1 ^ E N O =3Uj CO ca N CO ca U-T c ^ CO 'N 2 'O o ta o ^ cu 'E 1> i" co N eą.st o N & DQ a - > a1-«3 I CO C -s N ' C/3 CO P N o s o 1 vo eo JCQ o o -o o 'O N 1 Duże w/c - zaprawy ponad 0,50; mieszanki betonowe ponad 0,40. Małe w/c - zaprawy poniżej 0,50; mieszanki betonowe poniżej 0,40. 2 Wpływ popiołu lotnego zależy od jego właściwości i uzyskany w badaniach [13] i [188] charakter jego wpływu nie jest, jak wskazują np. badania [16], [100], reprezentatywny. Badania [13] i [188] wykonane jednak zostały z wykorzystaniem popiołów lotnych pochodzących z tego samego źródła.

31 58 Wpływ superplastyfikatorów na właściwości reologiczne... Skłoniło to autora do podjęcia systematycznych badań, obejmujących w dużym zakresie zmienności wpływu następujących czynników na parametry reologiczne mieszanek z superplastyfikatorami: właściwości cementów i superplastyfikatorów, rodzaju i ilości dodatku mineralnego - popiołu lotnego, zmielonego granulowanego żużla wielkopiecowego oraz pyłu krzemionkowego, obniżonych i podwyższonych temperatur. W oparciu o wyniki tych badań opracowano modele matematyczne, ujmujące wpływ właściwości cementu na parametry reologiczne mieszanek z superplastyfikatorami i ich zmiany w czasie. Mając na względzie pracochłonność badań, a jednocześnie konieczność wyeliminowania wpływu zmian uziamienia kruszywa na właściwości reologiczne mieszanek, przeprowadzono je na zaprawach normowych wg PN EN 196-1, jednak o różnym stosunku w/c. Równocześnie, jak to wykazano w rozdz. 1.4, zjawiska zachodzące w zaprawach i mieszankach betonowych mają ten sam charakter, a tendencje zmian ich właściwości reologicznych pod wpływem dodatku superplastyfikatora są analogiczne. ROZDZIAŁ 4 WPŁYW WŁAŚCIWOŚCI FIZYKOCHEMICZNYCH CEMENTU I SUPERPLASTYFIKATORA NA PARAMETRY REOLOGICZNE ZAPRAW - BADANIA WŁASNE 4.1. K oncepcja i m etoda badań Badania miały na w celu określenie wpływu powierzchni właściwej i składu cementu, rodzaju i właściwości superplastyfikatora oraz ich wzajemnych korelacji na parametry reologiczne zapraw i ich zmiany z upływem czasu. Na podstawie uzyskanych wyników badań opracowano matematyczny model, ujmujący wpływ powierzchni właściwej i składu cementu na parametry reologiczne zapraw bez i z dodatkiem superplastyfikatorów. Czynniki zmienne i stałe w badaniach oraz przyjęty zakres ich zmienności pokazano w tabl Zakres zmienności czynników związanych z właściwościami cementu ustalony został na podstawie analizy właściwości krajowych cementów CEM I (Peukert [157]). Powierzchnia właściwa cementów CEM I zawiera się w przedziale od 300 do 450 m2/kg i wynosi dla klas 32,5 42,5 i 52,5 odpowiednio 320± 20 m2/kg, 370 ± 20 m2/kg oraz 420 ± 20 m2/kg. Spotyka się cementy o zawartości C 3A od 2 do 12%, natomiast krajowe cementy zwykle mają zawartość C 3A od 7 do 10 %. Zawartość alkaliów Na20e w cementach CEM I wynosi od 0,3 do 1,1%. Dodatek siarczanu wapnia wyrażony jako SO 3 w cemencie określany powinien być w zależności od zawartości C3A, alkaliów i jego powierzchni właściwej; zwykle zawiera się w przedziale od 2,5 do 3,5% cementu masowo (Kurdowski [114]). Właściwości zastosowanych w badaniach cementów przedstawiono w tabl Cementy te zostały przygotowane laboratoryjnie przez Instytut Mineralnych Materiałów Budowlanych w Krakowie. Siarczan wapnia w tych cementach dodawany był w postaci gipsu. W badaniach kontrolnych wykorzystano cementy przemysłowe o właściwościach pokazanych w tabl Stosowane w badaniach superplastyfikatory i ich właściwości zestawiono w tabl Zostały one specjalnie wybrane spośród dostępnych na rynku produktów handlowych, tak aby różniły się składem chemicznym i budową polimerów w nich zawartych. Przeprowadzono analizy tych superplastyfikatorów w celu uzyskania danych o ich składzie chemicznym i zawartości polimeru w roztworze oraz uzyskania danych o ich masie cząsteczkowej i rodzaju łańcuchów bocznych. Napotkano przy tym na problemy techniczne związane

32 60 Wpływ właściwości fizykochemicznych cementu i superplastyfikatora.. Wpływ właściwości fizykochemicznych cementu i superplastyfikatora.. 61 Czynniki stałe i zmienne w badaniach Czynnik Poziomy czynnika Powierzchnia właściwa cementu Swc 320, 370, 420 m2/kg Zawartość C3A w cemencie 2, 7, 12% Zawartość Na2Oe w cemencie 0,3, 0,7, 1,1% Czynniki zmienne Zawartość siarczanu wapnia w cemencie jako S03 2,5, 3,0, 3,5% Rodzaj superplastyfikatora SNF, SMF, PC, PE wg tabl. 4.4 Masa cząsteczkowa i budowa polimeru zawartego w superplastyfikatorze PE1, PE3 wg tabl. 4.4 Czynniki stałe Cementy Tablica 4.1 Zaprawa normowa wg PN EN Ilość cementu i kruszywa, uziamienie kruszywa 0 stosunku piasku CEN do cementu 3/1 jednak 0 zmienionym stosunku w/c Stosunek w/c w/c = 0,55, 0,45 w/c = 0,55 Dodatek superplastyfikatora 0, 1% (PE1), 2% (SNF1, SMF) w/c = 0,45 2%(PE3, PC), 3% (PE1) PE1, PE3, PC z wodą, Sposób dodawania superplastyfikatora SNF1 i SMF z 30 s opóźnieniem w stosunku do dodania wody Temperatura 20 C Składy przygotowanych laboratoryjnie cementów zastosowanych w badaniach Skład cementu f%l Si02 CaO a i2o 3 Fe203 MgO Na2Oe S03 C3S C2S C3A C4AF I 22,4 66,6 4,3 5,5 0,82 II 23,3 66,6 4,7 3,5 0,91 III 20,3 65,8 6,6 3,1 1,58 0,3 0,7 1,1 0,3 0,7 1,1 0,3 0,7 IV 21,2 66,3 6,4 2,8 2,70 1, , , , , Składy cementów przemysłowych stosowanych w badaniach kontrolnych Tablica 4.2 Pow. właściwa m2/kgl Tablica 4.3 Skład cementu [%\ Pow. Cement Si02 CaO właściwa A120 3 Fe20 3 MgO Na2Oe s o 3 C3S C2S C3A C4AF [m2/kg] CEM I 32,5 19,50 61,5 5,80 2,80 1,37 0,83 2, CEM 142,5 20,02 66,94 4,46 3,82 1,87 0,81 2, CEM I 42,5 20,38 64,06 4,77 2,50 2,14 1,10 2, CEM I 42,5 22,55 64,30 4,39 2,98 1,02 0,65 2, CEM I 42,5 21,61 64,41 4,46 2,24 1,25 0,40 3, CEM I 52,5 20,7 64,8 5,1 2,6 1,2 0,75 3, Właściwości zastosowanych w badaniach superplastyfikatorów Tablica 4.4 SP Składnik bazowy Gęstość Stężenie [g/cm3] [%] SNF1 sulfonowana żywica formaldehydowo-naftalenowa 1,09 26 SMF sulfonowana żywica formaldehydowo-melaminowa 1,09 36 PE1 polieter (najmniejsza masa cząsteczkowa, krótkie łańcuchy boczne) 1,09 17 PE3 polieter (większa masa cząsteczkowa, długie łańcuchy boczne) 1,05 36 PC polimer karboksylowy (największa masa cząsteczkowa, najdłuższy łańcuch główny, krótkie łańcuchy boczne) 1,06 40 z utajnianiem ich składu przez producentów. Ustalono, że superplastyfikatory PE1, PE3 mają podobny skład chemiczny, ale różnią się masą cząsteczkową oraz długością łańcuchów bocznych (tabl. 4.4). Masa cząsteczkowa superplastyfikatora PC jest większa od PE3, jednak jego łańcuchy boczne są krótsze niż w przypadku PE1. Ponieważ uzyskane dane mają charakter jakościowy i porównawczy, rodzaj i właściwości superplastyfikatora traktowano w badaniach jako czynnik zmienny o rozkładzie dyskretnym. Określone dla domieszek PE i PC charakterystyki fizykochemiczne umożliwiają określenie ogólnych tendencji wpływu ich masy cząsteczkowej i budowy strukturalnej na parametry reologiczne zapraw. Ze względu na omówiony w rozdz. 3.1 odmienny charakter wpływu superplastyfikatora na właściwości reologiczne mieszanek o różnym stosunku w/c i/lub stopniu < Vk założono, że badania zostaną wykonane dla zapraw o różnym stosunku w/c. Wyższy poziom stosunku w/c wybrano w tym celu, aby można było określić wpływ właściwości cementu na parametry reologiczne zarówno zaprawy bez superplastyfikatora, jak i z jego dodatkiem. Ze względu na zakres pomiarowy reometru założono, że parametr g zaprawy z cementu o powierzchni właściwej Swc = 370 m2/kg i o zawartości 7% C3A, 0,7% Na2 0 e i 3% SO3 bez dodatku superplastyfikatora powinien wynosić 40±5 N mm. Założono także, że wartość parametru g zapraw z tego cementu i dodatkiem superplastyfikatorów zarówno w przypadku większego, jak i mniejszego stosunku w/c, powinna wynosić 15±5 N mm. Stosunek w/c oraz dodatek superplastyfikatorów zostały ustalone doświadczalnie, na podstawie badania wpływu wzrastającego dodatku superplastyfikatora na parametry reologiczne zapraw o różnym stosunku w/c. Wyniki tych pomiarów, które w swej istocie odpowiadają badaniu kompatybilności układu cement - superplastyfikator, pokazano na rys Relatywnie duży stosunek w/c i ilość superplastyfikatora konieczne do uzyskania założonej wartości parametru g są wynikiem dużego stosunku P/C (=3) w zaprawie normowej i dużej wodożądności piasku; efekt ten omówiono dokładniej w rozdz. 3.1.

33 62 Wpływ właściwości fizykochemicznych cementu i superplastyfikatora.. Wpływ właściwości fizykochemicznych cementu i superplastyfikatora SP SNF1 Cement: m2/kg 100 7% C3A, 0,7% Na2Oe, 3% S E E 60 z di E 60 - z Ol SP PE1 Cement: S c m2/kg 7% C3A, 0,7% Na' ILOŚĆ SP, % C g po 1 0 min -w /c - 0,55 1 g po 60 min w /c - 0,55 -w /c - 0,50 -w /c - 0,45 r w /c - 0,50 I w /c -0,4 5 ILOŚĆ SP, h po 1 0 min w /c -0,5 5 w /c -0,5 0 I w /c -0,4 5 h po 60 min > w/c - 0,55 i w/c - 0,50 D w/c - 0, SP PE Cement: S ^ m'vkg 7% C3A, 0,7% Na2Oe, 3% S03 80 E E 60 Rys Wpływ wielkości dodatku superplastyfikatora SNF1 na parametry reologiczne zapraw o różnym stosunku w/c Fig The effect of SNF1 superplasticizer content on rheologica! parameters of different in w/c fresh mortars ILOŚĆ SP, 2 hc ILOŚĆ SP, % C g po 1 0 min w /c - 0,55 k w/c - 0,50 I w/c - 0,45 g po 60 min > w/c - 0,55 s w/c - 0,50 1 w/c - 0,45 h po 1 0 min w/c - 0,55 r w/c - 0,50 I w/c - 0,45 h po 60 min O w/c - 0,55 ń r - w / c - 0,50 w/c - 0,45 Rys Wpływ wielkości dodatku superplastyfikatorów PE1, PE3 na parametry reologiczne zapraw o różnym stosunku w/c Fig The effect of PE1, PE3 superplasticizers content on rheological parameters of different in w/c fresh mortars g po 1 0 min w/c - 0,55 r w /c -0,5 0 y w/c -0,4 5 ILOŚĆ SP, % C g po 60 min w/c - 0,55 w/c - 0,50 w/c - 0,45 ILOŚĆ SP, h po 1 0 min w /c -0,5 5 r w /c -0,5 0 I w /c -0,4 5 h po 60 min w/c - 0,55 w /c -0,5 0 w/c - 0,45 Rys Wpływ wielkości dodatku superplastyfikatora PC na parametry reologiczne zapraw o różnym stosunku w/c Fig The effect of increasing content of PC superplasticizer on rheological parameters of different in w/c fresh mortars Program badań zaplanowano tak, aby na podstawie analizy wariancji określić istotność i hierarchię istotności wpływu powierzchni właściwej i składu cementu oraz rodzaju superplastyfikatora na właściwości reologiczne zapraw. Badania wykonano w blokach pokazanych w tabl W poszczególnych blokach określono wpływ zawartości C3A, Na2 0 e i SO 3 w cemencie na parametry reologiczne zapraw o w/c = 0,55 i 0,45 z cementów o powierzchni właściwej Swc = 320, 370, 420 m2/kg oraz z różnymi superplastyfikatorami (SNF1, SMF, PC, PE1, PE3) dodawanymi w ilości 1 + 3% zależnie od stosunku w/c i rodzaju superplastyfikatora. Ogólny schemat tego programu dla pojedynczego bloku badań z zakresem zmienności czynników podano w tabl Jest to program statyczny selekcyjny, trójwartościowy, typu 2A3 z punktami gwiezdnymi i z 2 punktami centralnymi. Taki program

34 64 Wpływ właściwości fizykochemicznych cementu i superplastyfikatora. Wpływ właściwości fizykochemicznych cementu i superplastyfikatora.. 65 Bloki badań Tablica 4.5 Blok Stosunek Rodzaj Swe Skład cementu \%] w/c i ilość SP [%] [m2/kg] C,A Na2Oc S w/c = 0,55 2, 7, 12 0,3; 0,7, 1,1 2,5, 3,0 3,5 5 PE1-1% S SNF1-2% SMF - 2% PE1-3% w/c = 0,45 PE3-2% 370 2, 7, 12 0,3; 0,7, 1,1 2,5, 3,0 3, PC - 2% Tablica 4.6 Program badań dla pojedynczego bloku wg tabl. 4.5 (w/c, Swc, rodzaj i ilość SP wg tabl. 4.5) Nr mieszanki Zawartość C3A Zawartość Na2Oe 0,3 0,3 0,3 0,7 1,1 1,1 1,1 0,3 0,7 0,7 0,7 1,1 0,3 0,3 0,3 0,7 1,1 1,1 1,1 Zawartość S03 2,5 3 3,5 3 2,5 3 3,5 3 2,5 3 3,5 3 2,5 3 3,5 3 2,5 3 3,5 Skład zapraw (g/zarób) Tablica 4.7 w/c Cement Piasek Woda Rodzaj i ilość SP 0, ,5 wg tabl ,5 pozwala na wyznaczenie matematycznego modelu, ujmującego wpływ badanych czynników obejmujących właściwości cementu na parametry reologiczne zapraw w postaci wielomianu drugiego stopnia. Dokładny opis programu badań i metod statystycznej analizy uzyskanych wyników przedstawili Polański [148, 149], Olek at al. [143] oraz Simard et al. [162]. W celu wyeliminowania wpływu ilości cementu oraz rodzaju, uziamienia i ilości kruszywa na parametry reologiczne badania wykonano na zaprawach normowych wg PN EN 196-1:1996. W zaprawach tych zgodnie z programem badań zmieniano stosunek w/c oraz dodatek superplastyfikatora. Składy zapraw podano w tabl Zaprawy przygotowywano zgodnie z normą PN EN 196-1:1996. W trakcie badań skontrolowano zmiany uziamienia piasku normowego i ich wpływ na parametry reologiczne zapraw. Stwierdzono, że odchylenia ilości poszczególnych frakcji nie przekraczały 1% oraz że nie wpływają one znacząco na właściwości reologiczne zapraw (rys. 4.4). g, N mm Rozkład wielkości ziaren piasku normowego CEN stosowanego w badaniach Rozmiar sita [mmj Pozostaje na sicie [%] ± zmienność 2,00 0 1,60 7±1 1,00 33±1 0,50 67±1 0,08 99±1 Rys Zakres zmian parametrów reologicznych zapraw wywołany zmianami uziamienia piasku normowego CEN Fig Range of changes of rheological parameters of mortars due to variation of CEN model sand grading Pomiary parametrów reologicznych wykonywano za pomocą reometru Viskomat PC opisanego przez Greima [78], Szwabowskiego et al. [177] i Szwabowskiego [180]. Reometr ten i jego układ pomiarowy przedstawiono na rys Sposób pomiaru parametrów reologicznych, symulujący warunki występujące podczas transportu i układania mieszanki, pokazuje rys W trakcie pomiaru kontrolowano stopień segregacji próbek, porównując ich jednorodność przed rozpoczęciem i po zakończeniu pomiaru. Ogółem, stopień segregacji sprawdzono dla 30 różnych zapraw. Uziamienie określano dla materiału z górnej, środkowej i dolnej oraz z wewnętrznej i zewnętrznej części próbki, rozdzielając przez przepłukiwanie piasek na frakcje: większą od lmm, 1-0,5 mm i mniejszą od 0,5 mm. Stwierdzono, że przy prędkości obrotowej N = 60 obr/min i momencie oporu ścinania M > 25 N mm zmiany uziamienia w poszczególnych partiach próbki nie przekraczają 5% i nie odbiegają od obserwowanych przez innych badaczy (Suchoń [167]). Przy mniejszych momentach oporu ścinania M stopień segregacji próbki jest nieznacznie większy, jednak nigdy nie stwierdzono zmian uziamienia przekraczających 10% dla najgrubszych frakcji. Na podstawie tych doświadczeń można stwierdzić, że niebezpieczeństwo wystąpienia znaczącej segregacji próbki zaprawy podczas pomiaru nie jest duże. Nie dotyczy to jedynie próbek zapraw o dużej podatności na segregację, wynikającej ze zbyt dużego stopnia ich upłynnienia. Ze względu na trudności natury technicznej nie wyznaczono stałych K i G stosowanego w badaniach reometru. W związku z tym wyniki pomiarów reologicznych przedstawione

35 66 Wpływ właściwości fizykochemicznych cementu i superplastyfikatora. Wpływ właściwości fizykochemicznych cementu i superplastyfikatora. 67 zostały w postaci parametrów g i h. Stałe pomiarowe dla reometru o identycznym układzie Rys Viskomat PC i jego układ pomiarowy Fig Viskomat PC and its measuring element. CZAS, min CZAS, min Rys Pomiar parametrów Teologicznych zapraw Fig Measurement of rheological parameters of mortars 80 3s5mn $ c f i o. co = = 3 N U pomiar momentu M 40 mm U trzym a nie p rzez 10 m in sta łe j p ręd ko ści o b ro to w e j o br/m in. P o m ia r m o m e n tó w o po ru ścin a n ia p rzy m a le ją cych p rę d ko ścia ch o b ro to w ych obr/m in. C zas pom iaru - 70 s. U trzym a nie p rzez 39 m in sta łe j p rędko ści obrotow ej 60 obr/m in. U trzym a n ie p rzez 10 m in sta łe j p rędko ści o b ro to w e j o br/m in. P o m ia r m o m e n tó w o p o ru ścin a n ia (jak I pom iar). Czas pom iaru -70 s. Z a ko ń c z e n ie p om ia ru. C a łko w ity cza s trw a n ia p om ia ru - 1 h 2 0 s. h 6o 9 60 M = 0,1661 N + 39,508 h io g jo M = 0,1522 N + 22,227 r = 0, po 60 min PRĘDKOŚĆ OBROTOWA N, obr/min 1 0 min 150 pomiarowym zostały określone przez Banfilla [17], który podał, że x0 = 7,91 g, a r pi = 0,78 h (g i h odpowiednio w N mm i N mm s). Uzyskane w badaniach wartości parametrów reologicznych zawierają się w przedziale: parametr g od 5 do 120 N mm, a parametr h od 3 do 30 N mm s, co po uwzględnieniu zależności podanych przez Banfilla [17] można wyrazić w jednostkach fizycznych: granica płynięcia x0 od 40 do 950 Pa, a lepkość plastyczna r pi od 2,4 do 23,5 Pa s. Wartości te mieszczą się w typowych dla zapraw przedziałach podawanych w literaturze (np. Heim i Homung [8 8], Homung [89], Kikukawa [103], Suchoń [167], Szwabowski et. al. [177], Wesche et al. [205]). Średni współczynnik korelacji r pomiędzy prędkością obrotową sondy N a momentem oporu ścinania M dla pomiarów wykonanych w ramach badań własnych wynosił 0,988. Uzyskane średnie względne błędy wyznaczenia parametrów g i h wynoszą odpowiednio 5,4% i 8,4%. Nie odbiegają one od uzyskiwanych w innych badaniach (np. Ponikiewski [150], Suchoń [167], Szwabowski et. al. [177]) W pływ w łaściw ości fizykochem icznych cem entu i rodzaju su perp lastyfikatora na param etry reologiczne zapraw o stosunku w /c = 0,55 Wyniki badań wpływu powierzchni właściwej cementu i zawartości C3A, Na2 0 e, i SO3 w cementach oraz rodzaju superplastyfikatora na parametry reologiczne zapraw o stosunku w/c = 0,55 pokazano na rys Analizy wariancji badań czynnikowych wpływu powierzchni właściwej cementu oraz zawartości C3A, Na2 0 e, i SO3 w cemencie na parametry reologiczne zapraw bez i z superplastyfikatorem PE1 zamieszczono w tabl. 4.8 i 4.9. Na ich podstawie można stwierdzić, że wartość parametrów g i h zapraw o w/c = 0,55 bez dodatku superplastyfikatora zależy kolejno od: zawartości C3A w cemencie, powierzchni właściwej cementu oraz od współdziałania tych dwóch czynników. Wpływ zawartości Na2 0 e w cemencie jest wyraźnie słabszy i zależy od powierzchni właściwej cementu i zawartości C3A w cemencie (tylko parametr g). W badanym zakresie zmienności nie stwierdzono statystycznie istotnego wpływu zawartości SO3 w cemencie na parametry g i h zapraw. Jednak, jak widać wyraźnie na rys. 4.8, w skrajnych przypadkach zmiany zawartości SO3 w cemencie wywołują wyraźne, zachodzące w zakresie 15 20%, zmiany parametrów g i h. Wykazuje to, że poza badanym przedziałem zmienności wpływ zawartości SO3 w cemencie na parametry reologiczne może być znaczący.

36 68 Wpływ właściwości fizykochemicznych cementu i superplastyfikatora... Wpływ właściwości fizykochemicznych cementu i superplastyfikatora.. 69 g, N mm g, N mm g N mm 120 W/C = 0, Cement: Swc m2/kg E O O) A-- u n * g po 1 0 min 2,5 3 3,5 ZAWARTOŚĆ GIPSU JAKO S 0 3, % g po 60 min - C 3A - 2 % ; N a 20 e-0,3 % C 3A - 2 % ; N a 20 e-0,3% - C 3A -2 % ; N a 2O e-1,1 % - * ~ C 3A -2 % ; N a 20,-1,1 % -C aa -12% ; Na20 e-0,3 % - C 3A % ; N a 2O e-1,1 % h po 1 0 min ZAWARTOŚĆ GIPSU JAKO S 0 3, % h po 60 min - C s A -2 % ; N a 20-0,3 % - o C 3A -2% ; N a 20 e-0,3% - C 3A -2 % ; N a 2O e-1,1 % - * - C 3A - 2 %; N a 20.-1,1 % - C 3Ä % ; N a 20 e-0,3 % - C s A -1 2 % ; N a 20.-1,1 % Rys Wpływ zawartości S03w cemencie na parametry reologiczne zapraw Fig The effect of S03content in cement on rheological parameters of mortars Tablica 4.I Analizy wariancji badań czynnikowych wpływu powierzchni właściwej i zawartości C3A, Na2Oe oraz S03w cemencie na parametry reologiczne zapraw o w/c = 0,55 Parametr g po 10 min Parametr 1 po 10 min Źródło wariancji Wartość Poziom Wartość Poziom F istotności F istotności A: Po w. wł. cementu Swc , ,000 B: Zawartość C3A 187,591 0,000 8,077 0,001 C: Zawartość Na2Oe 0,421 0,660 3,004 0,061 D: Zawartość S03 0,180 0,836 0,053 0,949 AB 9,412 0,000 7,654 0,000 AC 4,859 0,003 3,614 0,013 AD 0,413 0,798 0,689 0,604 BC 4,335 0, ,778 BD 0,509 0,730 0,717 0,586 CD 1,519 0,216 2,460 0,121 ZAW ARTOŚĆ C3A, % w C g po 1 0 min g po 60 min -N a 20 e-0,3 % o Na 20e-0,3% -N a 20 B-0,7 % - e t - N a 20 e-0,7% -N a 20 B-1,1 % Na2Oe-1,1% ZAW ARTOŚĆ C^A, % w C h po 1 0 min h po 60 min - Na2O e-0,3 % o Na20 e-0,3 % - N a ,7 % ' Na20 6-0,7 % -Na2Oe-1,1% - o Na2Or 1,1% Rys Wpływ powierzchni właściwej Swc cementu oraz zawartości C3A i Na2Oe w cemencie na parametry reologiczne zapraw Fig The effect of cement specific surface Swc and C3A and Na2Oe content in cement on rheological parameters of mortars W przypadku stałej powierzchni właściwej cementu parametr g wzrasta, a równocześnie parametr h zaprawy maleje w miarę wzrostu zawartości C3A w cemencie (rys. 4.7). Podobne efekty powoduje wzrost powierzchni właściwej cementu przy stałej zawartości C3A. Zakres zmian parametrów g i h zwiększa się wraz ze wzrostem powierzchni właściwej cementu i zawartością C3A, co dowodzi synergicznego wpływu tych czynników na właściwości reologiczne zapraw. Charakter i zakres wpływu zawartości Na2 0 e w cemencie na parametry g i h zapraw zmienia się zależnie od zawartości C3A i powierzchni właściwej cementu, nie wykazując przy

37 70 Wpływ właściwości fizykochemicznych cementu i superplastyfikatora. Wpływ właściwości fizykochemicznych cementu i superplastyfikatora.. 71 tym jednoznacznych tendencji (rys. 4.7). Jednak w przypadku stosowania cementów 0 Swc = 320 i 370 m2/kg zmniejszenie zawartości Na2 0 e w cemencie może powodować znaczny, nawet dwukrotny, wzrost parametru h zaprawy. Szybki wzrost w czasie momentu oporu ścinania M zapraw z cementów o Swc = m2/kg nie pozwolił na pomiar parametrów g i h tych zapraw po 60 min. W związku z tym wpływ składu cementu na zmiany parametrów Teologicznych w czasie określono tylko dla zapraw z cementów o Swc = 320 m2/kg. Wzrost momentu oporu ścinania M w czasie tych zapraw wynika ze wzrostu parametru g, gdyż zachodzące równocześnie zmiany parametru h są bardzo małe i mogą być uznane za pomijalne. Zakres wzrostu parametru g w czasie zwiększa się dwukrotnie wraz ze wzrostem zawartości C3A w cemencie od 2 do 12% C3A. Zawartość Na2 0 e w cemencie ma na ogół niewielki wpływ na wzrost parametru g w czasie. Jedynie w przypadku zapraw z cementów o 2% zawartości C3A wzrost zawartości Na2 0 e w cemencie znacząco, nawet trzykrotnie, zmniejsza zakres wzrostu parametru g w czasie. Dodanie superplastyfikatora do zaprawy o stosunku w/c = 0,55 powoduje zmniejszenie wielkości obu jej parametrów Teologicznych. Jak pokazują zależności na rys. 4.9 i 4.10, wpływ superplastyfikatora PE1 jest wyraźnie większy niż superplastyfikatorów SNF1 i SMF. Trzeba podkreślić, że wpływ PE1 i SNF1 wyrażony względnym obniżeniem parametru g jest tym większy, im większa jest zawartość C3A w cemencie i jego powierzchnia właściwa. Zaprawy z cementów o 7 i 12% zawartości C3A i dodatkiem SMF już po 10 min od zakończenia mieszania mają większy parametr g, niż analogiczne zaprawy bez dodatku superplastyfikatora. Efekt ten może wynikać z przyspieszenia hydratacji cementu w obecności superplastyfikatora SMF (Ramachandran [153]). Analizy wariancji przedstawione w tabl. 4.9 pokazują że parametry reologiczne zapraw o w/c = 0,55 z superplastyfikatorem PE1 zależą przede wszystkim od zawartości C3A w cemencie, a następnie, w znacznie jednak mniejszym stopniu, od współdziałania zawartości C3A w cemencie i jego powierzchni właściwej, współdziałania zawartości C3A i Na2 0 e w cemencie oraz zawartości Na2 0 e w cemencie. W przypadku tych zapraw nie zaznacza się znacząco wpływ powierzchni właściwej cementu, czego nie obserwuje się w przypadku zapraw z dodatkiem SNF1 (rys i 4.12). Podobnie jak w zaprawach bez dodatku superplastyfikatora, zawartość SO3 w cemencie w badanym zakresie zmienności nie wpływa na właściwości reologiczne zapraw z dodatkiem PE1, SNF1 i SMF. Również w tym przypadku, jak to pokazano na rys. 4.11, w skrajnych punktach przestrzeni czynnikowej zmiany zawartości SO3 w cemencie wyraźnie wpływają na parametry g i h. g, N mm g, N mm 120 i 30 -i у» W/C = 0,55; SP SMF - 2% 100 /Р / 25 Cement: Swc m2/kg 80 / / / / / 20 tn 60 / / / / / ^ z W/C = 0,55; SP SM F-2% 5 n Cement: S * m2/kg r ZAWARTOŚĆ C ja, % w C ZAWARTOŚĆ C3A, % w C g po 1 0 min g po 60 min h po 1 0 min h po 60 min Na20 e-0,3% o Na20e-0,3% * - N a 2Oe-0,3% o Na20 e-0,3% A Na20 e-0,7% - A - Na20 e-0,7% Na20e-0,7% -A -N a 20e-0,7% Na2Oe-1,1% o Na2Oe-1,1% - * - N a 2Oe-1,1% - o - N a 2Oe-1,1% Rys Wpływ powierzchni właściwej Swc cementu oraz zawartości C3A i Na2Oe w cemencie na parametry reologiczne zapraw o w/c = 0,55 z superplastyfikatorami SNF1 i SMF Fig The effect of cement specific surface Swc and C3A and Na2Oe content in cement on rheological parameters of w/c = 0,55 mortars with SNF1 and SMF superplasticizers Tablica 4.9 Analizy wariancji badań czynnikowych wpływu powierzchni właściwej i zawartości C3A, Na2Oe oraz S03w cemencie na parametry reologiczne zapraw o w/c = 0,55 z 1% dodatkiem superplastyfikatora PE1 Parametr я po 10 min Parametr h po 10 min Źródło wariancji Wartość F Poziom istotności Wartość F Poziom istotności A: Pow. wł. cementu Swc 0,324 0,725 1,452 0,246 B: Zawartość C3A 176,353 0,000 10,169 0,000 C: Zawartość Na2Oe 3,275 0,048 0,741 0,483 D: Zawartość S03 0,589 0,560 2,345 0,109 AB 6,798 0,000 6,452 0,000 AC 6,188 0,001 1,088 0,376 AD 0,285 0,886 1,058 0,390 BC 2,920 0,033 2,681 0,046 BD 0,400 0,807 1,784 0,152 CD 1,095 0,372 2,258 0,080

38 72 Wpływ właściwości fizykochemicznych cementu i superplastyfikatora... Wpływ właściwości fizykochemicznych cementu i superplastyfikatora. 73 g po 10 min ZAWARTOŚĆ S03, % g po 60 min -CsA-2%; Na20 e-0,3% -o C3A-2%; Na20 e-0,3% -CsA-2%; Na2Oe-1,1% -ft-c:ja-2%; Na20.-1,1% -CsA-12%; Na20 e-0,3% -CsA-12%; Na2Oe-1,1% ZAWARTOŚĆ S03, % h po 10 min -C 3A-2%; Na20 e-0,3% - -CsA-2%; Na2Oe-1,1% - -C 3A-1 2 %; Na20 e-0,3% -C 3A-12%; Na2Oe-1,1% h po 60 min -C 3A-2%; Na20 e-0,3% -C 3A-2 %; Na2Oe-1,1% Rys Wpływ zawartości S03 w cemencie na parametry reologiczne zapraw o w/c = 0,55 z superplastyfikatorem PE1 Fig The effect S03 content in cement on rheological parameters of w/c = 0,55 mortars with PEI superplasticizer ZAWARTOŚĆ C3A, % w C g po 10 min g po 60 min Na20 e-0,3% - o - N a 20 e-0,3% A Na20 e-0,7% A Na20 e-0,7% Na2Oe- 1,1 % - a Na2Oe-1,1 % ZAWARTOŚĆ C3A, % w C h po 10 min h po 60 min * Na20 e-0,3% Na20 e-0,3% a Na2Oe-0,7% - a Na20 e-0,7% Na2Oe-1,1 % o Na2Oe-1,1 % Rys Wpływ powierzchni właściwej Swc cementu oraz zawartości C3A i Na2Oe w cemencie na parametry Teologiczne zapraw o w/c = 0,55 z superplastyfikatorem PE1 Fig The effect of cement specific surface Sw and C3A and Na2Oe content in cement on rheological parameters of w/c = 0,55 mortars with PEI superplasticizer POWIERZCHNIA WŁAŚCIWA CEMENTU, m2/kg g po 10 min * - C 3A - 2% Ł -C 3A - 7% C3A - 12% g po 60 min -C3A - 2% -C3A - 7% -CsA-12% POWIERZCHNIA WŁAŚCIWA CEMENTU, m2/kg h po 10 min h po 60 min * -C 3A - 2% 0-C 3A - 2% -A -C sa - 7% & C3A - 7% :sa-12% -O -C sa -12% Rys Wpływ powierzchni właściwej cementu Swc i zawartości C3A w cemencie na właściwości reologiczne zapraw o w/c = 0,55 z superplastyfikatorem SNF1 Fig The effect of cement specific surface Swc and C3A content in cement on rheological properties of w/c = 0,55 mortars with SNF1 superplasticizer

39 74 Wpływ właściwości fizykochemicznych cementu i superplastyfikatora... Wpływ właściwości fizykochemicznych cementu i superplastyfikatora.. 75 Parametr g zapraw z dodatkiem PE1 i SNF rośnie wraz ze wzrostem zawartości C3A w cemencie, a wpływ ten jest tym większy, im większa jest powierzchnia właściwa tego cementu (rys i 4.12). Parametr h zapraw z dodatkiem PE1 maleje ze wzrostem zawartości C3A w cemencie, natomiast zaprawy z dodatkiem SNF1 i SMF charakteryzują się największym parametrem h wtedy, gdy zawartość C3A w cemencie wynosi 7%. Zwraca przy tym uwagę, że zaprawy z cementów o 7 i 12% zawartości C3A, pomimo 2% dodatku SNF lub 1% dodatku PE1, wykazują większy parametr g od zapraw z cementów zawierających 2% C3A bez dodatku superplastyfikatora (rys. 4.7, 4.9 i 4.10). Pokazuje to, że w przypadku mieszanek o relatywnie dużym stosunku w/c można także uzyskać wymagane parametry reologiczne odpowiednio dobierając cement o mniejszej zawartości C3A. Charakter wpływu zawartości Na2 0 e w cemencie na parametry reologiczne zapraw 0 w/c = 0,55 zależy od rodzaju zastosowanego superplastyfikatora. Wpływ zawartości Na2Oe w cemencie na parametry reologiczne zapraw z dodatkiem SNF1 i SMF ma charakter ekstremalny - minimalną wartość parametru g i maksymalną wartość parametru h tych zapraw uzyskuje się w przypadku stosowania cementów o zawartości Na2Oe = 0,7%. Jednocześnie działanie tych superpłastyfikatorów jest najsłabsze w przypadku cementu o dużej zawartości Na2 0 e = 1,1% (np. dodanie SNF1 do zapraw z cementów zawierających 12% C3A oraz 0,3%, 0,7% i 1,1% Na2Oe powoduje obniżenie parametru g odpowiednio o 20, 39 i 15 N mm). Zawartość Na2 0 e nie wpływa znacząco na parametr h zapraw z dodatkiem PE1, natomiast parametr g tych zapraw zależy od zawartości Na2 0 e w przypadku stosowania cementów bogatych w C3A. Tendencje wpływu zawartości Na2 0 e w cemencie na parametr g zapraw z dodatkiem PE1 są zależne od powierzchni właściwej cementu. Jednoznaczne ich określenie w przypadku zapraw o w/c = 0,55 nie jest jednak możliwe. Ogólnie, wzrost powierzchni właściwej cementu nie wpływa znacząco na parametry g i h zapraw z dodatkiem PE1. W przypadku zapraw z cementów o dużej zawartości C3A z dodatkiem SNF1, ze wzrostem powierzchni właściwej cementu parametr g zwiększa się, a parametr h maleje (rys. 4.12). Zakres zmian parametrów reologicznych zapraw w wyniku zmian powierzchni właściwej cementu jest przy tym jednak wyraźnie mniejszy niż w wyniku zmian zawartości C3A w cemencie (rys i 4.12). Z upływem czasu parametry reologiczne zapraw o w/c=0,55 z dodatkiem PE1, SNF1 1 SMF zmieniają się. Parametr g tych zapraw wzrasta, natomiast parametr h wzrasta (zaprawy z PE1) lub maleje (zaprawy z SNF1 i SMF) z upływem czasu (rys ). Zakres zmian parametru h jest przy tym niewielki i nie wpływa znacząco na zmiany momentu oporu ścinania M zapraw w czasie. O wielkości zmian właściwości reologicznych w czasie zapraw o w/c = 0,55 z superplastyfikatorami świadczą podobnie jak w przypadku zapraw bez ich dodatku, zmiany parametru g. Zakres zmian parametru g w czasie zależy od rodzaju superplastyfikatora, a następnie od zawartości C3A i Na2 0 e w cemencie oraz jego powierzchni właściwej (rys ). Wzrost parametru g w czasie jest najmniejszy w przypadku zapraw z dodatkiem PE1, a największy w przypadku zapraw zawierających SMF. Porównując zakres wzrostu parametru g zapraw bez i z dodatkiem PE1, można zauważyć, że w przypadku zapraw z tą domieszką wzrost parametru g w czasie jest znacznie mniejszy. Ze wzrostem zawartości C3A w cemencie, niezależnie od rodzaju superplastyfikatora, zwiększa się zakres wzrostu parametru g w czasie. Dodanie superplastyfikatora do zaprawy z cementu zawierającego 2% C3A pozwala na uzyskanie zaprawy o pomijalnych zmianach parametru g w czasie. W przypadku stosowania cementów o większej zawartości C3A wzrost parametru g w czasie zapraw z dodatkiem SNF1 i SMF jest większy nie tylko od zapraw z dodatkiem PE1, ale może być nawet większy od zapraw bez dodatku superplastyfikatora. Na wzrost parametru g w czasie zapraw z superplastyfikatorami duży wpływ wywiera zawartość Na2Oe w cemencie. W przypadku zapraw z dodatkiem SNF1 i SMF największy wzrost parametru g w czasie wykazują zaprawy z cementów zawierających 0,3% Na2 0 e, a najmniejszy zaprawy z cementów zawierających 1,1% Na2 0 e. W przypadku zapraw z dodatkiem PE1 większa zawartość Na2 0 e w cemencie powoduje tendencję do większego wzrostu parametru g w czasie. Wzrost powierzchni właściwej cementu, niezależnie od jego składu i rodzaju stosowanego superplastyfikatora, zwiększa zakres wzrostu parametru g zapraw w czasie. Wpływ powierzchni właściwej cementu jest jednak w tym przypadku wyraźnie mniejszy niż wpływ rodzaju superplastyfikatora i zawartości C3A i Na2Oe w cemencie W p ływ w ła ściw o ści fizykochem icznych cem entu i rodzaju su p erp lastyfik atora na param etry reologiczne zap raw o stosunku w /c = 0,45 Wpływ powierzchni właściwej cementu oraz zawartości C3A, Na2Oe w cemencie na parametry reologiczne zapraw o w/c = 0,45 z superplastyfikatorami PC, PE1, PE3 pokazano na rys Analizy wariancji badań czynnikowych wpływu powierzchni właściwej cementu oraz zawartości C3A, Na2 0 e, i SO3 w cemencie na właściwości reologiczne zapraw z dodatkiem superpłastyfikatorów PC, PE1, PE3 przedstawiono w tabł

40 76 Wpływ właściwości fizykochemicznych cementu i superplastyfikatora... Wpływ właściwości fizykochemicznych cementu i superplastyfikatora.. 77 g. N mm g, N mm g, N mm g, N mm g, N mm g, n mm CO c ZAW ARTOŚĆ C3A, % w C ZAWARTOŚĆ C A % w C ZAW ARTOŚĆ C3A, % w C 2 7 ZAW ARTOŚĆ C3A, >w C 12 g po 10 min -Na20 e-0,3% -Na20 e-0,7% -Na20 e-1,1% g po 60 min -Na20 e-0,3% -Na20 e-0,7% -Na20 e-1,1% h po 10 min -Na20 e-0,3% -Na20 e-0,7% -Na2Oe-1,1% h po 60 min -Na20 e-0,3% -Na20 e-0,7% -Na2Oe-1,1 % g po 10 min -Na20 e-0,3% -Na20 e-0,7% -Na20e-1,1% g po 60 min -Na20 e-0,3% -Na2Oe-0,7% -Na2Oe-1,1 % h po 10 min Na20 e-0,3% Na20 s-0,7% Na2Oe-1,1% h po 60 min -Na20 e-0,3% -Na20 e-0,7% -Na2Oe-1,1% Rys Wpływ powierzchni właściwej Swc cementu oraz zawartości C3A i Na2Oe w cemencie na parametry reologiczne zapraw o w/c = 0,45 z superplastyfikatorem PE1 Fig The effect of cement specific surface Swc and C3A and Na2Oc content in cement on rheological parameters of w/c = 0,45 mortars with PEI superplasticizer Rys Wpływ powierzchni właściwej Swc cementu oraz zawartości C3A i Na2Oe w cemencie na parametry reologiczne zapraw o w/c = 0,45 z superplastyfikatorem PE3 Fig The effect of cement specific surface Swc and C3A and Na2Oe content in cement on rheological parameters of w/c = 0,45 mortars with PE3 superplasticizer

41 78 Wpływ właściwości fizykochemicznych cementu i superplastyfikatora.. Wpływ właściwości fizykochemicznych cementu i superplastyfikatora. 79 Tablica 4.10 Analizy wariancji badań czynnikowych wpływu powierzchni właściwej i zawartości C3A, Na2Oe oraz S03 w cemencie na parametry reologiczne zapraw o w/c = 0,45 z 3% dodatkiem superplastyfikatora PE1 g, Nmm g, N mm g, N mm ZAW ARTOŚĆ C3A, % w С g po 10 min -Na20 e-0,3% - Na2Oe-0,7% -Na20 e-1,1% g po 60 min - Na20 e-0,3% - Na20 e-0,7% -Na20 e-1,1 % ZAW ARTOŚĆ C3A, % w С h po 10 min Na20 e-0,3% - Na20 e-0,7% Na20 e-1,1 % h po 60 min Na20 e-0,3% Na20 e-0,7% Na20 e-1,1% Rys Wpływ powierzchni właściwej Swc cementu oraz zawartości C3A i Na2Oe w cemencie na parametry Teologiczne zapraw o w/c = 0,45 z superplastyfikatorem PC Fig The effect of cement specific surface Swc and C3A and Na2Oe content in cement on rheological parameters of w/c = 0,45 mortars with PC superplasticizer Parametr g po 10 min Parametr / po 10 min Parametr g po 60 min Parametr /; po 60 min Źródło wariancji Wartość Poziom Wartość Poziom Wartość Poziom Wartość Poziom F istotności F istotności F istotności F istotności A: Pow. wł. cementu Swc 1,797 0,179 24,948 0,000 0,718 0,494 11,095 0,000 B: Zaw. C3A 55,485 0,000 2,687 0,081 84,014 0,000 38,895 0,000 C: Zaw. Na2Oe 11,368 0,000 7,031 0,003 0,967 0,389 0,564 0,574 D: Zaw. SO3 1,390 0,261 0,335 0,717 0,102 0,903 0,063 0,939 AB 9,729 0,000 0,988 0,425 4,403 0,005 4,300 0,006 AC 8,200 0,000 4,572 0,004 4,867 0,003 2,615 0,050 AD 0,353 0,841 0,230 0,920 0,160 0,957 0,422 0,792 BC 7,275 0,000 7,358 0,000 1,293 0,290 0,621 0,651 BD 1,394 0,254 0,788 0,540 0,265 0,899 0,847 0,504 CD 0,333 0,854 0,688 0,605 1,729 0,164 0,264 0,899 Tablica 4.11 Analizy wariancji badań czynnikowych wpływu powierzchni właściwej i zawartości C3A, Na2Oe oraz S03 w cemencie na parametry reologiczne zapraw o w/c = 0,45 z 2% dodatkiem superplastyfikatora PE3 Parametr g po 10 min Parametr /; po 10 min Parametr g po 60 min Parametr / po 60 min Źródło wariancji Wartość Poziom Wartość Poziom Wartość Poziom Wartość Poziom F istotności F istotności F istotności F istotności A: Pow. wł. 54,495 0, ,301 0,000 37,565 0,000 87,590 0,000 cementu Swc B: Zaw. C3A 215,726 0,000 15,207 0, ,376 0,000 18, C: Zaw. Na2Oe 64,012 0,000 37,013 0,000 43,198 0,000 32,046 0,000 D: Zaw. S03 0,777 0,465 1,471 0,239 0,607 0,549 0,017 0,983 AB 34,286 0,000 2,564 0,050 25,765 0,000 4,544 0,004 AC 15,604 0,000 7,510 0,000 10,870 0,000 7,327 0,000 AD 0,271 0,895 0,570 0,686 0,280 0,889 1,361 0,262 BC 38,635 0,000 8,045 0,000 24,004 0,000 12,613 0,000 BD 0,782 0,543 0,956 0, ,334 1,475 0,225 CD 0,128 0,972 2,011 0,108 0,520 0,722 0,180 0,948 Tablica 4.12 Analizy wariancji badań czynnikowych wpływu powierzchni właściwej i zawartości C3A, Na2Oe oraz S03 w cemencie na parametry reologiczne zapraw o w/c = 0,45 z 2% dodatkiem superplastyfikatora PC Parametr g po 10 min Parametr Apo 10 min Parametr g po 60 min Parametr h po 60 min Zródlo wariancji Wartość Poziom Wartość Poziom Wartość Poziom Wartość Poziom F istotności F istotności F istotności F istotności A: Pow. wł. 35,319 0,000 35,818 0,000 37,565 0, ,806 0,000 cementu Swc B: Zaw. C3A 333,061 0, , ,376 0,000 43,511 0,000 C: Zaw. Na2Oe 57,062 0,000 48, ,198 0,000 73,005 0,000 D: Zaw. S03 0,914 0,407 0,329 0,721 0,607 0,549 0,409 0,668 AB 38,074 0,000 30,715 0,000 25,765 0,000 5,440 0,011 AC 7,697 0,000 7,432 0,000 10,870 0,000 14,674 0,000 AD 0,334 0,854 0,224 0,912 0,280 0,889 0,880 0,483 BC 44,573 0,000 36,972 0,000 24,004 0,000 60,368 0,000 BD 1,995 0,110 0,552 0,698 1,176 0,334 0,312 0,869 CD 0,744 0,567 0,538 0,709 0,520 0,722 1,919 0,123

42 80 Wpływ właściwości fizykochemicznych cementu i superplastyfikatora.. Wpływ właściwości fizykochemicznych cementu i superplastyfikatora. 81 Na podstawie uzyskanych wyników badań można stwierdzić, że parametr g zapraw 0 w/c = 0,45 z superplastyfikatorami PC i PE zależy przede wszystkim od zawartości C3A oraz zawartości Na2 0 e w cemencie, a następnie od powierzchni właściwej cementu oraz współzależności: zawartości C3A w cemencie i powierzchni właściwej cementu, zawartości g, N mm g, N mm g, N mm ZAWARTOŚĆ GIPSU JAKO S 0 3, % ZAWARTOŚĆ GIPSU JAKO S 0 3l % g po 10 min g po 60 min h po 10 min h po 60 min * - C 3 A - 2 % ; N a20 e -0,3 % - o -C 3 A -2 % ; N a20 e-0,3 %» C 3A-2% ; N a20 e-0,3 % -o C ua-2% ; N a 20 e-0,3% - * - C 3 A - 2 % ; N a20.-1,1 % - * - C 3 A - 2 % ; Na2O e-1,1 % * - C 3 A - 2 % ; N a2o e-1,1 % - a C sa -2% ; N a 2O e-1,1% C3A-12%; N a20 e -0,3 % -D -C 3 A -1 2 % ; N a20 e-0,3 % - * - C 3 A % ; N a20 e- 0,3 % -D -C 3 A -1 2 % ; N a20 e-0,3% C3A-12%; N a2o e-1,1 % - -C 3 A -1 2 % ; N a2o e-1,1 % C3A- 1 2 %; N a2o e-1,1 % -o C sa -12 % ; N a2o e-1,1% Rys Wpływ zawartości S03 w cemencie na parametry reologiczne zapraw o w/c = 0,45 z superplastyfikatorami PEI, PE3 i PC Fig The effect of S03content in cement on rheological parameters of w/c = 0,45 mortars with PEI, PE3 and PC superplasticizers Na2 0 e w cemencie i powierzchni właściwej cementu oraz zawartości C3A i Na2 0 e w cemencie (g po 10 min). Jednocześnie parametr h tych zapraw zależy przede wszystkim od rodzaju zastosowanego superplastyfikatora, a ze względu na właściwości cementu od jego powierzchni właściwej, zawartości C3A i zawartości Na2 0 e. Współzależność zawartości Na2 0 e w cemencie i powierzchni właściwej cementu oraz współzależność zawartości C3A w cemencie i powierzchni właściwej cementu wpływają na parametr h w mniejszym stopniu. Jak wykazują analizy wariancji, zawartość SO3 w cemencie w badanym zakresie jego zmienności nie wpływa na parametry g i h zapraw o w/c = 0,45 z superplastyfikatorami PC 1 PE. Podobnie jednak jak w przypadku zapraw o w/c = 0,55, poza tym zakresem wpływ zawartości SO3 w cemencie może być jednak wyraźnie większy (rys. 4.16). Jak można było oczekiwać, przy zbliżonej wartości parametru g, zaprawy o stosunku w/c = 0,45 odznaczają się znacznie większym parametrem h od analogicznych zapraw o stosunku w/c = 0,55 z dodatkiem tego samego superplastyfikatora. Znacznie większe są również zmiany parametru h tych zapraw w czasie. Parametr h i jego zmiany w czasie mają w związku z tym zadecydowanie większy wpływ na właściwości reologiczne zapraw o stosunku w/c = 0,45 niż w przypadku zapraw o stosunku w/c = 0,55. Wzrost powierzchni właściwej cementów o zawartości 2% C3A nie wpływa lub powoduje nieznaczne zmniejszenie parametru g zapraw o w/c = 0,45 z dodatkiem PE1, PE3 i PC (rys rys. 4.15). Wzrost powierzchni właściwej cementu wywołuje natomiast wzrost parametru g zapraw z cementów zawierających 7 i 12% C3A. Równocześnie parametr h tych zapraw, niezależnie od składu cementu i rodzaju superplastyfikatora, jest tym mniejszy, im większa jest powierzchnia właściwa cementu. Zakres tego spadku jest najmniejszy w zaprawach z dodatkiem PE3 i zwiększa się wraz ze wzrostem zawartości C3A w cemencie. Wpływ zawartości C3A i Na2 0 e w cemencie na parametry g i h zapraw o w/c = 0,45 z dodatkiem PE1, PE3 i PC jest powiązany z jego powierzchnią właściwą (rys rys. 4.15). Parametr g zapraw z cementu o Swc = 320 m2/kg jest w zasadzie niezależny od jego składu. Parametr h tych zapraw nieznacznie wzrasta wraz ze wzrostem zawartości C3A w cemencie (wyjątek stanowią zaprawy z dodatkiem PE3) oraz maleje wraz ze wzrostem zawartości Na2 0 e w cemencie. W przypadku zapraw z cementów o Swc = 370 i 420 m2/kg wartość parametrów g i h jest uwarunkowana zawartością C3A i Na2 0 e w cemencie. Parametr

43 82 Wpływ właściwości fizykochemicznych cementu i superplastyfikatora.. Wpływ właściwości fizykochemicznych cementu i superplastyfikatora. 83 g tych zapraw zawsze, niezależnie od rodzaju superplastyfikatora, rośnie wraz ze wzrostem zawartości C3A i Na2 0 e w cemencie. Zmiany parametru h tych zapraw zależą natomiast od rodzaju superplastyfikatora. Wraz ze wzrostem zawartości C3A parametr h zapraw z PE1 i PC zwiększa się, a zapraw z PE3 nieznacznie maleje, nie zmienia się lub zwiększa się zależnie od powierzchni właściwej cementu i zawartości Na2Oe w cemencie. Zwiększenie zawartości Na2 0 e w cemencie nie wpływa lub nieznacznie zmniejsza parametr h zapraw. Ogólnie można stwierdzić, że, pomimo pewnych różnic, wpływ zawartości C3A i Na2 0 e w cemencie i jego powierzchni właściwej na właściwości reologiczne zapraw z superplastyfikatorami PC i PE jest jakościowo podobny. Występują przy tym znaczne różnice ilościowe, których źródłem jest rodzaj superplastyfikatora. Uzyskanie zbliżonej wartości parametru g wymaga stosowania większego dodatku PE1 niż PE3 i PC do zaprawy (rys. 4.3). Równocześnie, parametr h zapraw z dodatkiem PE3 i PC, których polimery charakteryzują się największą masą cząsteczkową (PC) lub największą długością łańcuchów bocznych (PE3), jest wyraźnie większy niż zapraw z dodatkiem PE1, którego polimery charakteryzują się najmniejszą masą cząsteczkową i najmniejszą długością łańcuchów bocznych. Wpływ powierzchni właściwej cementu na parametry reologiczne zapraw jest wyraźnie mniejszy w przypadku stosowania superplastyfikatora PE1 niż w przypadku stosowania PE3 i PC. Gdy stosowane są cementy o mniejszej zawartości Na2 0 e (0,3 lub 0,7%), zakres wzrostu parametru g zapraw w wyniku wzrostu zawartości C3A jest praktycznie niezależny od rodzaju superplastyfikatora. W przypadku cementów bogatych w alkalia wpływ zawartości C3A jest znacznie silniejszy w przypadku zapraw z domieszkami PE3 i PC, a więc z dodatkiem superplastyfikatorów, których polimery mają dłuższe łańcuchy boczne lub główne, niż w przypadku zapraw z dodatkiem PE1. Niekorzystny wpływ dużej zawartości Na2 0 e w cemencie na efektywność działania superplastyfikatorów PE3 i PC jest tym wyraźniejszy, im większa jest powierzchnia właściwa cementu. Z upływem czasu parametr g zapraw o w/c=0,45 z superplastyfikatorami PE i PC wzrasta, natomiast parametr h przeciwnie niż to obserwowano w przypadku zapraw o w/c=0,55, maleje (rys ). Zaprawy z dodatkiem PC i PE3 wykazują mniejszy wzrost parametru g w czasie od zapraw z dodatkiem PE1; należy to wiązać z większym zasięgiem efektu sterycznego w przypadku superplastyfikatorów o dłuższych łańcuchach bocznych. W miarę wzrostu powierzchni właściwej cementu zwiększa się zakres zmian parametru g w czasie; efekt ten jest szczególnie wyraźny w przedziale Swc od 370 do 420 m2/kg. Wzrost parametru g w czasie jest tym większy, im większa jest zawartość C3A w cemencie. Zakres wzrostu parametru g zapraw z cementu zawierającego 12% C3A może być nawet dziesięciokrotnie większy niż analogicznych zapraw z cementu o 2 % zawartości C3A. Zakres wzrostu parametru g jest zwykle największy w przypadku cementów o 0,7% (PC, PE3) lub 1,1% zawartości Na2 0 e (PE1). Najmniejsze zmiany parametru g w czasie wykazują zawsze zaprawy z cementów o 2% zawartości C3A i 0,3% zawartości Na2Oe. Zakres zmniejszenia się parametru h zapraw w czasie zależy głównie od rodzaju superplastyfikatora; jest on wyraźnie większy w zaprawach z dodatkiem PC i PE1 niż w zaprawach z PE3. Na zakres ten wpływa również powierzchnia właściwa cementu oraz zawartość C3A i Na2 0 e w cemencie. Ze względu na złożone interakcje drugiego rzędu pomiędzy tymi czynnikami jednoznaczne określenie tendencji ich wpływu jest jednak trudne. Uogólniając, w przypadku zapraw z dodatkiem PE i PC, zakres zmniejszenia się parametru h w czasie jest tym większy, im większa jest powierzchnia właściwa cementu, im większa jest zawartość C3A w cemencie oraz im większa jest zawartość Na2 0 e w cemencie M odel m atem atyczn y w p ływ u w łaściw ości fizykochem icznych cem entu na w łaściw ości reologiczn e zapraw bez i z dodatkiem su p erp lastyfik atorów Analiza wyników badań wykazuje, że matematyczną funkcję zależności parametrów g i h zapraw cementowych bez lub z dodatkiem superplastyfikatorów SNF, SMF, PC i PE od powierzchni właściwej cementu, zawartości C3A, Na2 0 e oraz SO3 w cemencie, ze względu na złożoność wpływu tych czynników i ich współdziałań, najlepiej sformułować w postaci wielomianu drugiego stopnia przedstawionego w tablicy W modelu uwzględniono zawartość SO3 w cemencie, pomimo, że analizy wariancyjne wskazują na statystycznie nieistotny wpływ tego czynnika na właściwości reologiczne zapraw (tabl ). Kierowano się faktem, że w granicznych punktach przestrzeni czynnikowej wpływ zawartości SO3 w cemencie jest jednak wyraźny (rys. 4.8, 4.11 i 4.16), a więc pominięcie tej wartości może zmniejszać dokładność modelu. Stałe regresji modelu wyliczono za pomocą programu STATGRAPHICS 7.0 Plus, wykorzystując do tego celu 26 z 57 pomiarów wykonanych dla każdej z badanych serii zapraw bez lub z superplastyfikatorami PE1, PE3 i PC według planu badań przedstawionego w tabl. 4.5 oraz 4.6. Pozostałe pomiary potraktowano jako kontrolne i wykorzystano do sprawdzenia stopnia dopasowania przyjętego modelu matematycznego.

44 84 Wpływ właściwości fizykochemicznych cementu i superplastyfikatora.. Wpływ właściwości fizykochemicznych cementu i superplastyfikatora... 85_ Tablica 4.13 Model matematyczny zależności parametrów Teologicznych zaprawy z dodatkiem supeprlastyfikatora od powierzchni właściwej Swc (USwc) i składu chemicznego cementu: udziału masowego C3A (Uoa)> Na2Oe (U i), i S03(US03) w cemencie g (Uswc, Uc3A, Ual, Us03) - G + A Uswc + B Uc3A + C Ual + D Us03 + AB Uswc Uc3A + + AC Uswc Uai + AD Uswc Uso3 + BC Uc3A Uai + BD Uc3A Uso3 + CD Uai Uso3 + + AA Uswc2 + BB UC3A2 + CC Ua,2 + DD US032 h (Uswc, Uc3A, Ual, Uso3) H + A Uswc + B Uc3A + c Ual + D Us03 + AB USwe Uc3A + + AC Uswc Uai + AD Uswc Uso3 + BC Uc3A Ua + BD Uc3A Uso3 + CD Uai Uso3 + + AA Uswc2 + BB UC3A2 + CC Uai2 + DD US0 32 Tablica 4.14 u* Z cz> s CU 'O Q U U CQ ca $ gdzie - g, h - wartości parametrów Teologicznych [N mm], [N mm s]; - Uswc - powierzchnia właściwa cementu S WC[m2/kg], - Uc3a - zawartość C3A w cemencie [% masowo], - Uai - zawartość Na2 0 e w cemencie [% masowo], - Uso3 - zawartość SO 3 w cemencie [% masowo]; G, H, A, B, C, D, AB, AC, AD, BC, BD, CD, AA, BB, CC, DD - stałe regresji zależne od rodzaju mieszanki i właściwości składników. Współczynniki regresji wraz z odpowiadającymi im poziomami istotności oraz współczynniki korelacji wielokrotnej R2 przyjętego modelu wg tabl dla zapraw o w/c = 0,55 bez i z superplastyfikatorem PE1 oraz o w/c = 0,45 z superplastyfikatorami PE1, PE3 i PC pokazano w tabl Wykresy zależności wartości obliczonych wg przyjętego modelu i zmierzonych parametrów reologicznych po 10 i po 60 min dla badanych zapraw przedstawiono na rys Na rysunkach tych podano również maksymalne i średnie odchylenia wartości obliczonych parametrów g i h od zmierzonych, zarówno dla serii pomiarów wykorzystanych do określenia współczynników regresji, jak i dla pomiarów kontrolnych. Maksymalne odchylenie zmierzonych parametrów g i h badanych zapraw od wartości obliczonych dla pomiarów wykorzystanych do określenia współczynników regresji wynosi odpowiednio: parametr g od 30,5 do 41,2% oraz parametr h od 14,5 do 38,5%; a dla N r n u Cl S io 'O o s II 03 N gps "O-U I? 0 ^ B O * o' N KS fi o 1 & D O a co u a < is > 0 J u 1 <0 e- u - O- < s s T 3 O) E CQ < U CD <0 ct cd o* pomiarów sprawdzających (nie wykorzystanych do obliczenia stałych regresji) wynosi odpowiednio: parametr g od 32,7 do 45,9% oraz parametr h od 21,0 do 43,1%. Średnie odchylenie wartości zmierzonych parametrów g i h od obliczonych nie przekracza przy tym 5 o o o, o" dla pomiarów sprawdzających odpowiednio 23,2 i 18,3%. & bc bo y O m - CU V) o' i-h O <J3 O II N I UJ o CU CU \0»Oo'' m o" I tu o 0- Dh 10 TT CN o" m 1 W o C-i > co > > 00 Eo *N OCL

45 86 Wpływ właściwości fizykochemicznych cementu i superplastyfikatora.. Wpływ właściwości fizykochemicznych cementu i superplastyfikatora w/c = 0,45, SP PE1-3% A O N Cd UJ 5 N 80 J o + /< 910 t> X ^ f A X g zmierzone - g obliczone model kontrolne odchylenie,% odchylenie,% max sr max śr 41,2 19,5 45,9 23,2 41,0 13,1 42,4 18, O BLICZO NE g, N mm OBLICZONE h, N mm s + M odel o K o ntrolne + M odel o K ontrolne Rys Wykresy zależności obliczone - zmierzone wartości parametrów Teologicznych po 10 min dla zapraw o w/c = 0,55 wg modelu przedstawionego w tabl Fig The relationship between predicted and measured values of rheological parameters after 10 min for w/c = 0,55 mortars according to model presented in Table w/c =: 0,45, SP PC - 2% 80 - A / 60 * / O BLICZO NE g, N mm OBLICZONE g, N mm s + Model O Kontrolne + Model O Kontrolne Rys Wykresy zależności obliczone - zmierzone wartości parametrów Teologicznych po 10 min dla zapraw o w/c = 0,55 z superplastyfikatorem PE1 wg modelu przedstawionego w tabl Fig The relationship between predicted and measured values of rheological parameters after 10 min for w/c = 0,55 mortars with z superplasticizer PEI according to model presented in Table 4.13 O N K g po 10 m in A / A g zmierzone - g obliczone model kontrolne odchylenie,% odchylenie, % max sr max śr 9 i o 30,5 12,2 32,7 15,4 Qeo 34,7 16,4 33,3 17, M odel X M odel OBLICZONE g, N mm O Kontrolne A Kontrolne 100 h po 10 min OBLICZONE h, N mm s + M odel X M odel O Kontrolne A Kontrolne Rys Wykresy zależności obliczone - zmierzone wartości parametrów Teologicznych po 10 i 60 min dla zapraw o w/c = 0,45 z superplastyfikatorami PEI, PE3 i PC wg modelu przedstawionego w tabl Fig The relationship between predicted and measured values of rheological parameters after 10 min for w/c = 0,55 mortars with z PEI, PE3 and PC superplasticizers according to model presented in Table 4.13

46 88 Wpływ właściwości fizykochemicznych cementu i superplastyfikatora... Wpływ właściwości fizykochemicznych cementu i superplastyfikatora... g9 Przyjęty model uwzględnia w szerokim zakresie zmienności wpływ powierzchni właściwej cementu na właściwości reologiczne zapraw. W praktyce jednak powierzchnia właściwa cementu jest ściśle związana z klasą cementu, która z kolei jest zwykle określona przez wymagania, dotyczące wytrzymałości betonu. W związku z tym przy doborze cementu i superplastyfikatora, ze względu na wymagane parametry reologiczne mieszanki, czynnik powierzchni właściwej cementu zwykle może być traktowany jako stały. Matematyczną funkcję zależności wartości parametrów Teologicznych g i h zapraw z cementów o powierzchni właściwej Swc = 320, 370 i 420 m2/kg (a więc, jak już wcześniej pokazano, z cementów klasy 32,5, 42,5 i 52,5) bez lub z dodatkiem superplastyfikatora od składu cementu (zawartości C3A, Na2 0 e oraz SO3 w cemencie) można wyrazić w postaci wielomianu drugiegio stopnia przedstawionego w tablicy Współczynniki regresji dla tego modelu matematycznego wyliczono za pomocą programu STATGRAPHICS 7.0 Plus, wykorzystując 15 z 19 pomiarów wykonanych dla każdej serii badań zapraw bez i z dodatkiem superplastyfikatorów SNF, SMF, PE1, PE3 i PC (wg planu badań przedstawionego w tabl. 4.5 oraz 4.6). Pozostałe pomiary potraktowano jako pomiary kontrolne, sprawdzające dokładność założonego modelu matematycznego. Badania kontrolne przeprowadzono również dla zapraw z cementami przemysłowymi o składzie wg tabl Współczynniki regresji modelu dla zapraw bez lub z dodatkiem superplastyfikatorów SNF1, SMF, PE1, PE3, PC, wraz z odpowiadającymi im poziomami istotności oraz współczynnikami korelacji R2, przedstawiono w tabl Wykresy zależności wartości obliczonych wg przyjętego modelu i zmierzonych parametrów Teologicznych po 10 i 60 min Tablica 4.15 Model matematyczny zależności parametrów Teologicznych zaprawy z dodatkiem superplastyfikatora od składu chemicznego cementu: udziału masowego C3A (UCia), Na2Oe (Ua!), i S03 (US0 3) w cemencie g (UC3A,Ua,.,Us03) - G + A Uc3A + B Ual + C Us03 + AB UcsA Ual + AC UcsA US03+ + BC Uai US03+ AA Uc3a2 + BB Uaf + CC Uso32 h (Uc3A,Ual.,Us03) = H + A Uc3A + B Ual + C Us03 + AB Uc3A Ual + AC UcjA US BC Uai US03 + AA Uc3a2 + BB Ua 2 + CC Uso32 gdzie - g, h - wartości parametrów Teologicznych [N mm], [N mm s], - Uc3a - zawartość C3A w cemencie [% masowo], - Uai - zawartość Na2 0 e w cemencie [% masowo], Uso3 - zawartość SO3 w cemencie [% masowo]; G, H, A, B, C, AB, AC, BC, AA, BB, CC - stałe regresji zależne od rodzaju mieszanki i właściwości składników. c c BB AA CB AC AB U CQ < X. 0.a 0 a C l. - c 0 5>o Seria I "śl- ' f -1,09 O 0,988 31,06 3,18 ON VO " OO r- co ON ON 00^ " CD OO co 0 " 0, I ,996 0,877 0,992 0,990 0,891 0,999 22,85-3,30 13,33 0,24-3,47 0,85-3,78 2,88 16,20 26,304 49,00 0,24 72,36-6,54-0,17 0,06 0,06-13,04-17,41 1,86 6,66 CN O" OO ^ 1-1,47 0,24 O *0, ^ *0 O " " OO 0 (N o" O OO SD r-^ 0, 0 0 6,11-0,60-1,26 3,28 0,48 2,04 Zl 0 r- cn 00" *CN O -12,17 10,98-1,56 r- " " 24,36-0,12 tt _ " 0,06 "OO VO *so ^ 0 " O O ON " OO ON 27,23 0,897 0,924 0,907 0,925-6,60 12,36 OO <0 CO CN I LL6 0 19,18 15,84-4,26 37,53-4,80 63,66-3,66 SM! 0,06' -0,623' j -0,06 CN ^r O" 0,927 0,965 0,933 0,900 0, ,932 0, ,937 0,928 [ 0,902 1 [ 0, ,865 OO MD *0 *CN r-r»o ,62-2,70-6,46 55,57-8,52-0,66 1-0,12' 0,06-0,04-0,12 2, 9 5-0,96-2,28 22,35 5,40 9,300-3,30-0,23 13,23 1,38-2,46 10,70-0,46 0,00 0 V] 00^ CN " 1 39,92-158,70 I -22,38 54,96-138,00 I 14,76-67,89 I - 10, ,09-6,92 31,91 I 1,43 1. «0 *00 <0 co 9,85" -1,26-1,26-54,06 I -113,00 I I -23,52 I -90,80 I -31,08 *MD co" 0, re *CN CN vo -4,56 6,27-49,07 I 250,30 60,54-49,50 273,1 I -2,94 117,5 I 46,86-32,34 I O bę bo -ŚT O >5: s 320 bez SP w/c = 0,55 O bo -st O bó O I -39,56 I OO 0 0 OO CN CO CN CN CO O "'O ^ " -0,60 O " 0,06 0,68-0,14 CN O 4,64-0,30 I -1,046 0,30 1, ,22-0,48-16,20-77, ,68-78,87-11,58-119,20 J OO CN " 0 " O ON " 1 I -122,10 I I -15,90 I.. S f V 0, ,67 I 15,18 O V O 1-0,24-0,68-0,36 V OOMD" ON VO 1-2,82 0,66 SO MD O CO o i o- OO OO co' 1 co CN o' -0,66 1-0,67 0,04 0,06 j 25,77-2,20 CN MD 24,78 11,46-211,3 16,92 38,66-1, ,92 I 1-17,83' J 21, ,44" 1-135,9 28,08-9,39-65,08 *vo O CD 1 24,98" 1 O «O -0,66 V- CN MD -24,48 I 32,64 168,9 I -43,74 123,5 17,58 219,0 I 121,0-37,80 I -16,02 i 341,9 I 0,84" CN»0 so" CN O co" -51,25 I 9,81 rr CO MD 28,13-3,00 O co" 1-2,10 41,06 68,33 1-5,46-6,66 *00 " l SD MD co ON_ CD 1 O 0,12 0,39 MD ^ o' CN 0 ' CD 00 OO, -0,36 0 O O" " 6,23 29,69-0,54-2,34 * «O SO co" 0,28 2,50 O OO O " * '3- OO r~~ -2,82-41,66-189,90 18,12 23,40 SO OO^ md" r-" *00 r-^ " OO in 2,04 0 l i i i -188, ,94 V- CN..8 f Z- 1,32 I "oo " 12,18 94,50 I 345,82 I -15, ,46 -st bo O 0 >0 O vo O O O O O O O O s O 0 O O 0 bo -Śf bo bó bo bo -s: bo bó bo jc O bo O J5 O 0 MO -s: 320 SPPE1 1% w/c =0, SP SNF1 2% w/c =0, SP SMF 2% w/c =0, SP PE13% w/c =0, poziom istotności = 0,001;łł - poziom istotności = 0,01; * - poziom istotności 0,05

47 90 Wpływ właściwości fizykochemicznych cementu i superplastyfikatora. Wpływ właściwości fizykochemicznych cementu i superplastyfikatora. 91 cd. tablicy 4.16 <N c c I 0,973 I 0,970 VO o oo oo oo " 0,72 CN o\ <N <n oo" I 0,984 I 0,979 0,884 0,891 0,934 0,915 0,895 0,887 0,988 0,985 0,945 0,968 0,916 I 0,936 1,53 OO, rn 2,61 H S 13,62 12,10 OO VO, Tf" i -10,68 <NCO '3r ,00 2,96 14,27 4,64-7,54 0,936 0,921 0,917 0, ,918 0,949 0,943 0,901 0,898 1 CN 10,75 12,91-0,96-1,50 20,54»O ON CN -7,67-6,17 BB AA m o AC AB u «< G/H g i h 10 i 60 min Seria 29,32 40,94-9,36-4,68-0,24 r- " 0,06* 3,99 1,36-4,44 0,28 o VO O 1 2,38" -0,26 VO o" CN I 12,95" ^ Vi " VO t-^ CN -0,24-0,84, " 0,06" -111,61 0,36 49,86 I -60, ,21 25,92 1 2,22 CN *<N " cn i 0,06 CNIT) OO CN i "vo, " 26,96 18,65-9,96-18,24-0,06 0,16 r- "vf " -1,57-1,59-1,28-0,59 0,66 28,11-0,07-0,26-0,2-0,15-0,17 V-* ON " 1 ^ " oo ro Z0 Z ^ " 0,00-0,02 CN CO 8,83" -0,60-1,08-2,82 : 1 73,14" I " oo cn 1-7,03 10,86 9,88 3,63 1 ^r *00 " ^. ^ " " CN >n -0,06-0,24-0,32 0,34 V ^ \o CN i 7,62"* oo ^ " r- CN -0,14 r--»0, " 1 1-8,16-20,3-13,65 I -29,75 I -85,79 [ -99,71 25,86 65,76 10,72 21,45-18,42-16,51 VO CN Vo 1-17,7"* *NO Vo ^ " " -18,73 188,39 1 5, ,14 27,26 42,22 o "O be Q O be 420 SP PEI 3% w/c =0,45 be o m 320 v> " 2,89 1,53 1,28 I mą 1 65,49 o 35 -s: lo * CN i cn vo" o be -131,2 5,34 38,22 I -14,33" 220,0-16, ,62 oil/ 09g 370 SP PE3 2% w/c =0,45 I... i n H I0,12 09if *o ^ "v *00 " ON V) eo c*^ " OO «/">»0 " 13,87 o o CP be 420 * *00 ^ ON, r» oo' 39,37 o -s: 1,89 0,05 W l - 0,31 0,09 1,00 (N ^ -4,26 I, " -0,33-90,23-27,37 47,71-19,91** -7,87** -0,387** -0,274*** * co * " [ 152,06 51,39-50,96 C be o 320 e i 9i 31,62 9,80-17,22* -14,70 CN rr CN ^ oo" -4,15 1,86 0,03 0,08 0,32-0,06-0,06 0,06 0,3 0,02 to *rt 0,39 * NO ^ CN On " 8,29 I 20,82-8,76-3,90 NO (N CN 3,38* -0,18 r~- * «o ON ~ CN CN rn ^r oo»n CN " " * * oo * *ON " 17,2-7,64-7,13-0,33 0,06 4,72-0,57-0,74-72, ,45 12,96 10,26-125,64-181,89 52,56 39,63 4,59-76,34** ] -86,98* 1 51,06** 0,26* * ro CN I p m -7,70* 1 * OOON «/ f OO " (N * NO wt 0,90 * NO, CN I 1 1 ~ -14,10 200,41-73,17* * "St r-" CN * * m 00 r-" CN m" -51,19 1 0,4 18,35* - poziom istotności = 0,001; ** - poziom istotności = 0,01; * - poziom istotności 0,05 Q^c- be o Q 'O g O O o be ' be be o o SO -s: 370 SP PC 2% w/c =0, Cementy: OBLICZONE g, N mm + Swe = 320 m2/kg X Swe = 370 m2/kg X Swe = 420 m2/kg O Seria kontrolna 120 Cementy: OBLICZONE h, N mm min + Swe = 320 m2/kg X Swe = 370 m2/kg X Swe = 420 m2/kg O Seria kontrolna Rys Wykresy zależności obliczone - zmierzone wartości parametrów Teologicznych po 10 min dla zapraw o w/c = 0,55 wg modelu przedstawionego w tabl Fig The relationship between predicted and measured values of rheological parameters after 10 min for w/c = 0,55 mortars according to model presented in Table 4.15 Cementy: odchylenie, % Swc max śr ,0 12, , ,5 12,7 Kont 33,3 15,3 zmierzone - g obliczone OBLICZONE g, N mm + Swe = 320 m2/kg X Swe = 370 m2/kg X Swe = 420 m2/kg O Seria kontrolna Cementy: OBLICZONE h, N mm min + Swe = 320 m2/kg X Swe = 370 m2/kg X Swe = 420 m2/kg O Seria kontrolna Rys Wykresy zależności obliczone - zmierzone wartości parametrów reologicznych po 10 min dla zapraw o w/c = 0,55 z superplastyfikatorem PE1 wg modelu przedstawionego w tabl Fig The relationship between predicted and measured values of rheological parameters after 10 min for w/c = 0,55 mortars with PEI superplasticizer according to model presented in Table 4.15

48 92 Wpływ właściwości fizykochemicznych cementu i superplastyfikatora.. Wpływ właściwości fizykochemicznych cementu i superplastyfikatora E fc z 60 O) 11.1 Z O 40 fi» LU N F t z 60 - O) LU Z O 40 - p LU? N F fc z 60 O) Z O 40 s> Lii? N 20 - w /c = 0,4 5, S P PE1 7 «o A A y < o ' CO i L /Z > O / u /6 Q / V </) E E 20 - CVo_ z? -C "O + LU 15 ^ł(/^60 9ic/9eo odchylenie,% O odchylenie,% 'Swe max sr s wr max śr ,9/25,9 11,5/17,1 UJ 0 / L ,1/24,8 7,0/10, ,6/32,8 14.6/17,9 s N / ,7/21,3 5,1/11, ,7/28,3 13,4/13,4 b ,1/29,6 5,5/17,1 Kont 35,7/32,4 17,9/13,5 Kont 25,1/24,7 5,1/13,5 g zmierzone - g obliczone / h zmierzone - h obliczone ! ^ T w/c = 0,45, SP PC - 2% A odchylenie,% 20,9/ / ,8/ ,8/35,4 15,6/18,2 g zmierzone - g obliczone OBLICZONE g, N mm + Swe = 320 m2/kg X 370 m2/kg 9 PO 10 min x 420 m2/kg O Kontrolne 9 PO 60 min Swe = 320 m2/kg 370 m2/kg o 420 m2/kg A Kontrolne h po 10 min OBLICZONE h, N mm s + Swe = 320 m2/kg X 370 m2/kg X 420 m2/kg o Kontrolne h po 60 min 0 Swe = 320 m2/kg 370 m2/kg o 420 m2/kg A Kontrolne Rys Wykresy zależności obliczone - zmierzone wartości parametrów Teologicznych po 10 i 60 min dla zapraw o w/c = 0,45 z superplastyfikatorami PEI, PE3 i PC wg modelu przedstawionego w tabl Fig The relationship between predicted and measured values of rheological parameters after 10 and 60 min for w/c = 0,45 mortars with PEI, PE3 and PC superplasticizers according to model presented in Table 4.15 dla badanych zapraw przedstawiono na rys Na rysunkach tych podano również maksymalne i średnie odchylenia obliczonych wartości parametrów Teologicznych od wartości zmierzonych dla serii pomiarów wykorzystanych do określenia współczynników regresji oraz dla serii pomiarów kontrolnych. Maksymalne odchylenie zmierzonych wartości g i h badanych zapraw od wartości obliczonych dla pomiarów wykorzystanych do określenia współczynników regresji nie przekracza odpowiednio 35,7% i 33,2%, a dla pomiarów sprawdzających 35,4% i 33,0 %. Średnie odchylenie zmierzonych wartości parametrów g i h od wartości obliczonych nie przekracza odpowiednio 20,3 i 17,1%. Uzyskane wysokie współczynniki korelacji oraz relatywnie małe wielkości odchylenia parametrów wyliczonych wg modelu od zmierzonych w badaniach kontrolnych świadczą że przyjęte modele wg tabl i 4.15 dobrze opisują zmiany właściwości Teologicznych zapraw cementowych bez i z superplastyfikatorami w zależności od zmian składu cementu. Na podstawie kryteriów opracowanych przez Guilforda, zaczerpniętych z pracy [109], można stwierdzić wysokie korelacje wyników badań względem założonych modeli, co świadczy o ich przydatności do przewidywania wpływu właściwości cementu na parametry reologiczne zapraw z różnymi superplastyfikatorami PC i PE. Porównanie modeli prowadzi do wniosku, że przy określonej powierzchni właściwej cementu stosowanie modelu wg tabl prowadzi do lepszej zgodności wyników badań i ich obliczonej wartości. Ponieważ modele te obejmują szeroki zakres zmienności właściwości cementu i zostały określone dla różnych rodzajów superplastyfikatorów, mogą być pomocne przy wstępnej selekcji cementów i superplastyfikatorów ze względu na ich kompatybilność i oczekiwane tendencje wpływu na właściwości reologiczne mieszanek i ich zmiany w czasie. Jednak, ze względu na możliwe duże różnice pomiędzy efektami działania superplastyfikatorów o odmiennym składzie i budowie chemicznej oraz nieuwzględnienie w modelach wpływu rodzaju siarczanu wapniowego na parametry reologiczne mieszanki, dobór rodzaju cementu i superplastyfikatora wymaga doświadczalnej weryfikacji P od sum ow anie Przedstawione badania potwierdzają ogólne zależności parametrów g i h mieszanki i ich zmian z upływem czasu od stosunku w/c, rodzaju i wielkości dodatku superplastyfikatora omówione w rozdz. 3. Wykazują one również, że wpływ wszystkich obecnie stosowanych superplastyfikatorów na właściwości reologiczne mieszanek zmienia się w szerokim zakresie

49 94 Wpływ właściwości fizykochemicznych cementu i superplastyfikatora.. Wpływ właściwości fizykochemicznych cementu i superplastyfikatora.. 95 w zależności od właściwości superplastyfikatora oraz od powierzchni właściwej i składu cementu z punktu widzenia zawartości C3A, Na2 0 e. Wyniki badań potwierdzają większą efektywność działania superplastyfikatorów PC i PE od SNF i SMF i dowodzą że parametry reologiczne mieszanki pozostają w ścisłym związku z budową tworzących te polimerów. Czynnik ten ma szczególne znaczenie dla parametru h mieszanek, gdyż obok stosunku w/c decyduje on o jego wielkości. Im większa masa cząsteczkowa polimerów zawartych w superplastyfikatorze PC lub PE, a przede wszystkim im większa długość ich łańcuchów bocznych, tym parametr h mieszanki jest większy. Większa długość łańcuchów bocznych sprzyja także uzyskaniu mieszanki o niewielkich zmianach parametru h w czasie. Wpływ rodzaju superplastyfikatora na parametr g mieszanki jest również wyraźny, jednak nie tak znaczący jak na jej parametr h. Parametr g i zakres jego wzrostu z upływem czasu maleją ze wzrostem masy cząsteczkowej oraz długością łańcuchów głównego i bocznych polimerów zawartych w superplastyfikatorze. Analiza wyników badań pokazuje, że spośród czynników związanych z właściwościami cementu największe znaczenie dla właściwości Teologicznych zapraw ma zawartość C3A w cemencie. Wpływ ten ujawnia się bezpośrednio po zmieszaniu cementu z wodą a jego intensywność zmienia się zależnie od powierzchni właściwej cementu, zawartości Na2 0 e g po 10 min -C3A - 2% -C3A - 7% -C3A - 12% ILOŚĆ SP, % C g po 60 min -C3A - 2% -C3A - 7% -C3A - 12% ILOŚĆ SP, % C h po 10 min h po 60 min -C3A - 2% - O - C3A - 2% -C3A - 7% C3A - 7% -C3A -12% C3A - 12% Rys Wpływ wielkości dodatku superplastyfikatora PE1 na parametry reologiczne zapraw z cementami o różnej zawartości C3A Fig Influence of PEI superplasticizer increasing content on rheological parameters of mortars with cements different in C3A content w cemencie i od rodzaju superplastyfikatora. Uogólniając, w wyniku zwiększonej zawartości C3A w cemencie wzrasta wartość parametrów g i h oraz zwiększeniu ulegają zmiany tych parametrów w czasie. Zakres zmian parametru g w wyniku zmian zawartości C3A w cemencie jest przy tym zdecydowanie większy niż zakres zmian parametru h. Wraz ze wzrostem zawartości C3A w cemencie uzyskanie zaprawy o określonej wartości parametru g wymaga zwiększania dodatku superplastyfikatora. Konsekwencją zwiększonego dodatku superplastyfikatora w przypadku mieszanek o małym stosunku w/c jest zwykle wzrost parametru h zaprawy (rys. 4.23). W związku z tym przy określonej wartości parametru g, zaprawy z cementami o większej zawartości C3A charakteryzują się większym oporem płynięcia lepkiego i większym oporem ścinania. Z drugiej jednak strony, stosując cementy bogate w C3A, łatwiej uzyskać stabilne mieszanki o dużej płynności, a szczególnie mieszanki samozagęszczalne. W porównaniu z wpływem zawartości C3A w cemencie, wpływ powierzchni właściwej cementu na właściwości reologiczne mieszanek z superplastyfikatorami jest wyraźnie mniejszy. Charakter wpływu powierzchni właściwej cementu na parametry reologiczne zapraw z superplastyfikatorami zależy od zawartości C3A w cemencie. Uogólniając, g po 10 min -Na20e-0,3% -Na20 e-0,7% -Na2Oe-1,1% ILOŚĆ SP, % C g po 60 min -Na20 e-0,3% -Na20 e-0,7% -Na2Oe-1,1% ft po 10 min -Na20 e-0,3% -Na20e-0,7% -Na2Oe-1,1% ILOŚĆ SP, % C ft po 60 min -Na20 e-0,3% -Na20 e-0,7% -Na2Oe-1,1% Rys Wpływ wielkości dodatku superplastyfikatora PC na parametry reologiczne zapraw z cementami o różnej zawartości Na2Oe Fig Influence of PC superplasticizer increasing content on rheological parameters ofmortars with cements different in Na2Oe content zwiększenie powierzchni właściwej cementu o 2% zawartości C3A powoduje nieznaczne

50 96 Wpływ właściwości fizykochemicznych cementu i superplastyfikatora.. Wpływ właściwości fizykochemicznych cementu i superplastyfikatora.. 97 zmniejszenie, a cementów o 7 i 12% zawartości C3A wyraźne zwiększenie parametru g zapraw z superplastyfikatorami. Parametr h zapraw zmniejsza się wraz ze wzrostem powierzchni właściwej cementu. Z upływem czasu zakres zmian parametrów g i h zapraw z cementu o 2% zawartości C3A nie zależy od powierzchni właściwej cementu, a zapraw z cementów o 7 i 12% zawartości C3A zwiększa się ze wzrostem powierzchni właściwej cementu. Stosunek w/c i rodzaj superplastyfikatora wpływają na zakres zmian parametrów Teologicznych pod wpływem zmian powierzchni właściwej cementu, jednocześnie jednak nie zmieniając charakteru tego wpływu. W badaniach własnych stwierdzono też, że w przedziale powierzchni właściwej cementu od 320 do 370 m2/kg, pomimo zwiększonej wodożądności cementu, w pewnych przypadkach może zachodzić nieznaczne zmniejszenie parametru g zaprawy. Podobne efekty są relacjonowane w literaturze dla zaczynów (np. Kurdowski [114]). W niniejszej pracy nie badano zmian procesu hydratacji cementów i stopnia adsorpcji superplastyfikatorów na ziarnach cementu. Dane literaturowe w zakresie mechanizmu działania superplastyfikatora wskazują jednak, że zwiększenie zawartości C3A w cemencie oraz zwiększenie powierzchni właściwej cementu powodują zwiększenie się masy produktów hydratacji cementu, zmniejszenie się ilości wody wolnej w mieszance oraz zwiększenie się stopnia adsorpcji superplastyfikatora na ziarnach cementu i zmniejszenie się wolnej jego ilości w roztworze (Kucharska [111], Nawa i Euguchi [137], Ramachandran [153]). Efekty te dobrze tłumaczą ujawniony w badaniach charakter wpływu zwiększania zawartości C3A i powierzchni właściwej cementu na parametry reologiczne zapraw z superplastyfikatorami. Zwiększająca się ze wzrostem powierzchni właściwej cementu i zawartością C3A w cemencie masa tworzonych hydratów, mniejsza ilość wody wolnej w zaprawie oraz duża ilość zaadsorbowanego superplastyfikatora na fazach glinianowych przyczyniają się do zwiększenia parametrów g i h zapraw. Nieznaczne zmniejszenie parametru g zapraw o 2% zawartości C3A w wyniku zwiększenia powierzchni właściwej cementu jest prawdopodobnie wynikiem zwiększonej adsorpcji superplastyfikatora na fazach krzemianowych cementu, co przy jednocześnie stosunkowo małej masie tworzonych hydratów skutkuje większą efektywnością jego działania. Zmniejszenie parametru h zapraw w wyniku zwiększenia powierzchni właściwej cementu jest wynikiem zmniejszania się średnicy ziaren cementu. Zwiększona ze wzrostem zawartości C3A i powierzchni właściwej masa tworzonych hydratów w połączeniu z malejącą ilością niezadsorbowanego superplastyfikatora w roztworze przyczyniają się do zwiększania zakresu zmian w czasie parametrów g i h zapraw. Właściwości reologiczne zapraw bez dodatku superplastyfikatora tylko w niewielkim stopniu zależą od zawartości Na2 0 e w cemencie. Sytuacja ta ulega zmianie w przypadku zapraw z dodatkiem superplastyfikatorów. Charakter wpływu zawartości Na2Oe w cemencie na parametry reologiczne zapraw zależy od rodzaju superplastyfikatora. W przypadku zapraw z dodatkiem SNF i SMF najlepsze efekty upłynnienia uzyskano, niezależnie od ilości C3A w cemencie i powierzchni właściwej cementu, dla zapraw z cementów zawierających 0,7% Ną2 0 e. Takie zaprawy w stosunku do zapraw z cementów o mniejszej lub większej zawartości Na2 0 e odznaczają się przede wszystkim znacznie niniejszym parametrem g oraz najmniejszą wielkością wzrostu tego parametru w czasie. Efekt ten jest tym większy, im większa jest zawartość C3A w cemencie i powierzchnia właściwa cementu. Jednocześnie działanie domieszek SNF i SMF jest najsłabsze w przypadku zapraw z cementów zawierających 1,1% Na2Oe. Takie zaprawy charakteryzują się największym parametrem g i dużym zakresem jego zmian w czasie. Wpływ zawartości Na2Oe w cemencie na parametr h zapraw z dodatkiem SNF i SMF jest słabszy i ujawnia się wyraźniej tylko w przypadku zapraw z cementów o dużej zawartości C3A. Parametr h takich zapraw jest największy przypadku zapraw z cementów zawierających 0,7% Na2 0 e, a najmniejszy w przypadku zapraw zawierających 1,1% Na2Oe. Uzyskane wyniki badań pozostają w zgodności z podanym przez Jianga, Kima et al. [97, 98, ] mechanizmem wpływu alkaliów w cemencie na efektywność działania superplastyfikatorów SNF i SMF. W przypadku zapraw z superplastyfikatorami PC i PE wzrost zawartości Na2Oe w cemencie ogólnie powoduje wzrost parametru g, któremu towarzyszy brak zmian lub obniżenie parametru h. Wpływ zawartości Na2 0 e na parametry reologiczne zapraw jest wyraźnie silniejszy w przypadku stosowania superplastyfikatorów PC i PE o większej masie cząsteczkowej i dłuższych łańcuchach bocznych. Przy stałej wartości parametru g zaprawy z cementów o większej zawartości Na2 0 e charakteryzują się zwykle mniejszym parametrem h (rys. 4.24). Uzyskanie wymaganego ze względu na odpowiednią stabilność parametru h mieszanek samozagęszczalnych może być więc utrudnione w przypadku stosowania domieszek PC i PE z cementami o dużej zawartości Na2 0 e. Ujawniony w badaniach charakter wpływu Na2 0 e na właściwości reologiczne zapraw z dodatkiem PC i PE dobrze tłumaczy się opisanym przez Sugiyamę et al. [168] i Uchikawę [196] efektem zmian konformacji (skłębieniem się) polimerów tych superplastyfikatorów pod wpływem zwiększonej przy dużej zawartości alkaliów w cemencie ilości jonów SO 4 2'.

51 Wpływ dodatków mineralnych na właściwości reologiczne.. 99 ROZDZIAŁ 5 WPŁYW DODATKÓW MINERALNYCH NA WŁAŚCIWOŚCI REOLOGICZNE ZAPRAW Z SUPERPLASTYFIKATORAMI - BADANIA WŁASNE 5.1. K oncepcja i m etod a badań Dodatki mineralne wprowadza się do zapraw lub betonów jako ich składniki lub są one już zawarte w cemencie. W niniejszych badaniach własnych dodatki mineralne, jako zamiennik części cementu, dodawano do zaprawy podczas mieszania składników. Ilość dodatków dobrano tak, aby uzyskane wyniki można było również odnosić do cementów z dodatkami. Badania dotyczą dodatków o największym dla technologii betonu znaczeniu: zmielonego granulowanego żużla wielkopiecowego, popiołu lotnego i pyłu krzemionkowego. Czynniki stałe i zmienne w badaniach wpływu dodatków mineralnych oraz ich poziomy przedstawiono w tabl Właściwości stosowanych w badaniach cementów przedstawiono w tabl. 5.2, superplastyfikatorów w tabl. 5.3, a dodatków mineralnych w tabl Cementy o małej i dużej zawartości Na2 0 e oznaczano odpowiednio NA i HA. Jak to nadmieniono wcześniej, dodatki mineralne wprowadzano do zaprawy jako zamiennik części cementu, utrzymując stałą ilość spoiwa w zaprawie i w ten sposób zmniejszając zmiany parametrów Teologicznych wywołane zwiększeniem ilości zaczynu. Ze względu na duży wpływ zawartości C3A w cemencie na parametry reologiczne mieszanki, ilość superplastyfikatorów dobrano doświadczalnie tak, aby zaprawy z cementów zawierających 2 i 12% C3A i 0,3% Na2 0 e charakteryzowały się wartością parametru g na poziomie 20±5 N mm. Tak dobrany dodatek superplastyfikatorów wynosi dla zapraw z cementów o 2% i 12% zawartości C3A odpowiednio 1,5% i 3%. Składy zastosowanych w badaniach zapraw przedstawiono w tabl Program badań zaplanowano jako statyczny, zdeterminowany, kompletny. Do statystycznego opracowania wyników badań zastosowano program STATGRAPHICS 7.0 Plus. Metodę pomiaru parametrów Teologicznych omówiono w rozdz Czynniki zmienne Czynniki stałe Czynniki stałe i zmienne w badaniach Tablica 5.1 Czynnik Poziomy czynnika Popiół lotny (PL) Rodzaj dodatku mineralnego Zmielony granulowany żużel wielkopiecowy (Z) Pył krzemionkowy (SF) popiół lotny, zmielony granulowany żużel Ilość dodatku mineralnego wielkopiecowy - 0, 20, 40% jako zamiennik części C pył krzemionkowy - 0, 10, 20% jako zamiennik części C Zawartość C3A w cemencie 2, 12% Zawartość Na2Oe w cemencie 0,3 (cementy NA), 1,1% (cementy HA) Rodzaj superplastyfikatora PC, PE wg tabl. 5.3 Masa cząsteczkowa i budowa superplastyfikatora PEl/c, PE3/c wg tabl. 5.3 Ilość cementu i kruszywa, uziamienie kruszywa Stosunek w/c w/c = 0,40 Powierzchnia właściwa cementu 370 m2/kg Zawartość SO3w cemencie 3,5% Dodatek superplastyfikatora Sposób dodawania superplastyfikatora T emperatura 20 C Zaprawa normowa wg PN EN stosunku piasku CEN do cementu 3/1 jednak 0 zmienionym stosunku w/c 1,5% - cementy zawierające 2% C3A 3% - cementy zawierające 12% C3A PC/c, PEl/c, PE3/c razem z wodą zarobową Tablica 5.2 Właściwości cementów zastosowanych w badaniach wpływu dodatków mineralnych Skład cementu %1 Pow. Cement właściwa Si02 CaO A120 3 Fe20 3 MgO Na2Oe S03 C3S C2S C3A C4AF [m2/kg] Cement #1 (NA) 22,4 66,6 4,26 5,47 0,82 0,3 3, Cement #2 (HA) 22,4 66,6 4,26 5,47 0,82 1,1 3, Cement #3 (NA) 20,3 65,8 3,14 6, ,3 3, Cement #4 (HA) 21,2 66,3 6,40 2,80 2,70 1,1 3, Tablica 5.3 Rodzaj superplastyfikatorów zastosowanych w badaniach wpływu dodatków mineralnych Domieszka Składnik bazowy Gęstość Stężenie rg/cm3l ; '"i PEl/c polieter (mniejsza masa cząsteczkowa, krótsze łańcuchy boczne) 1,05 18 PE3/c polieter (większa masa cząsteczkowa, dłuższe łańcuchy boczne) 1,05 36 PC/c polimer karboksylowy (największa masa cząsteczkowa, najdłuższy łańcuch główny, krótkie łańcuchy boczne) 1,06 40 Dodatek mineralny Właściwości dodatków mineralnych zastosowanych w badaniach Skład chemiczny!% Si02 A120 3 Fe20 3 CaO MgO S03 Na20 K20 Straty prażenia Tablica 5.4 Pow. właściwa [m2/kg] Popiół lotny 41,9 21,5 7,60 18,7 3,1 2,4 3,2-265 Pył krzemionkowy 92,8 0,60 0,30 0,70 1,32 0,76 0,30 0,50 1, Zmielony granulowany 38,6 8,48 0,90 44,2 6,13 2,01 żużel wielkopiecowy

52 100 Wpływ dodatków mineralnych na właściwości reołogiczne.. Wpływ dodatków mineralnych na właściwości reołogiczne Skład zapraw (g/zarób) Tablica 5.5 Cement Cement PL, Z SF Piasek W/S SP Cement #1 (NA), #2 (HA) Cement #1 (NA), #2 (HA) Cement #1 (NA), #2 (HA) ,5% Cement #1 (NA), #2 (HA) Cement #3 (NA), #4 (HA) ,40 Cement #3 (NA), #4 (HA) Cement #3 (NA), #4 (HA) % Cement #3 (NA), #4 (HA) E ^ E Z ri> W/C = 0,40 Cement: C3A - 2%, S 0 3-3,5% Swc m2/kg, g po 1 0 min E z 15.c 10 5 h po 1 0 min 5.2. W p ływ p opiołu lotnego Wpływ popiołu lotnego na parametry reołogiczne zapraw z cementów o różnej zawartości C 3A i Na2 0 e z dodatkiem superplastyfikatorów PEl/c, PE3/c, PC/c pokazano na rys. 5.1 i 5.2. Analizy wariancji badania czynnikowego wpływu ilości popiołu lotnego, zawartości Na2Oe w cemencie i rodzaju superplastyfikatora na parametry reołogiczne zapraw z cementów zawierających 2 i 12% C3A przedstawiono w tabl. 5.6 i 5.7 Wykazują one, że parametry reołogiczne tych zapraw zależą od ilości dodanego popiołu lotnego, zawartości C 3A i Na2Oe w cemencie, rodzaju superplastyfikatora oraz współdziałania tych czynników. Zastąpienie popiołem lotnym części cementu o 2% zawartości C3A powoduje wzrost parametru g zapraw z dodatkiem PC i PE proporcjonalnie do jego ilości. Zakres tego wzrostu jest większy w przypadku stosowania cementu HA. Rodzaj superplastyfikatora tylko w niewielkim stopniu wpływa na parametr g tych zapraw. Wpływ popiołu lotnego na parametr g zapraw z cementów o 12% zawartości C3A jest bardziej złożony i zależy od rodzaju superplastyfikatora oraz zawartości Na2Oe w cemencie. W zaprawach z cementami NA popiół lotny nie wpływa (zaprawy z PEl/c i PE3/c) lub powoduje nieznaczny wzrost (zaprawa z PC/c) parametru g. W zaprawach z cementem HA, a zwłaszcza w zaprawach z dodatkiem PEl/c i PE3/c, popiół lotny powoduje wyraźne zmniejszenie parametru g wprost proporcjonalne do jego ilości. Zaprawy z cementów, zawierających 12% C3A bez i z dodatkiem popiołu lotnego, charakteryzują się parametrem h większym o 30% od zapraw z cementów zawierających 2% C3A. Zwraca uwagę zakres zmienności parametru h zapraw w wyniku dodania popiołu lotnego, który jest wyraźnie większy od zakresu zmienności parametru g. Kierunek zmian parametru h w wyniku dodania popiołu lotnego nie zależy od zawartości C3A i Na2Oe w cemencie, zależy natomiast od rodzaju superplastyfikatora. W przypadku zapraw z dodatkiem PC/c i PE3/c, które bez popiołu lotnego charakteryzują się stosunkowo dużym parametrem h, ZAWARTOŚĆ POPIOŁU LOTNEGO, % C Cement NA Cement HA» P E l/c -1,5% 0 -P E 1 /c -1,5 % PE3/C -1,5% - O PE3/C -1,5 % * PC/c -1,5 % - t r - PC/c - 1,5% ZAWARTOŚĆ POPIOŁU LOTNEGO, % C Cement NA Cement HA * - P E 1 /c -1,5 % O PE1/c-1,5% PE3/C -1,5% - O - PE3/C -1,5 % PC/c -1,5 % r - PC/c -1,5% Rys Wpływ zastąpienia cementu o 2% zawartości C3A popiołem lotnym na parametry reołogiczne zapraw z superplastyfikatorami PC i PE Fig The effect of cement containing 2% C3A replacement with fly ash on rheological parameters of mortars with PC and PE superplasticizers Tablica 5.6 Analiza wariancji badania czynnikowego wpływu ilości dodatku popiołu lotnego, zawartości Na2Oe w cemencie i rodzaju superplastyfikatora na parametry reołogiczne zapraw o stosunku w/c = 0,40 z cementu o 2% zawartości C3A Źródło wariancji Parametr#po 10 min Parametr h po 10 min Parametr g po 60 min Parametr h po 60 min Poziom Poziom Poziom Poziom Wartość F Wartość F Wartość F Wartość F istotności istotności istotności istotności A: Ilość 120,871 0, ,795 0, ,999 0, ,576 0,001 popiołu lotnego B: Zaw. Na2Oe 70,044 0,004 39,086 0, ,542 0,001 4,771 0,117 C: Rodzaj SP 39,044 0, ,745 0, ,957 0,000 67,252 0,003 AB 33,302 0,009 11,762 0, ,010 1,010 0,462 AC 7,458 0, ,740 0,000 16,710 0, ,440 0,001 BC 8,556 0,057 12,388 0,036 19,180 0,020 1,422 0,368 ABC 1,483 0,388 4,634 0,119 6,553 0,077 1,007 0,519

53 102 Wpływ dodatków mineralnych na właściwości reologiczne.. Wpływ dodatków mineralnych na właściwości reologiczne E E w/c = 0,40 g po 10 min Cement: 30 C3A - 12%, S 0 3-3,5% 25 Swc m2/kg, t " * 0 H " 20 -O E 2 15 JŻ h po 1 0 min ZAWARTOŚĆ POPIOŁU LOTNEGO, % C Cement NA P E 1 /c-3 % 1 PE3/C - 3% PC/c - 3% Cement HA > P E 1 /c-3 % 3 PE3/C - 3% y - PC/c - 3% ZAWARTOŚĆ POPIOŁU LOTNEGO, % C Cement NA P E 1 /c -3 % I P E 3 /c -3 % i PC/c - 3% Q Cement HA PE1/c - 3% PE3/C - 3% PC/c - 3% Rys Wpływ zastąpienia cementu o 12% zawartości C3A popiołem lotnym na parametry reologiczne zapraw z superplastyfikatorami PC i PE Fig The effect of cement containing 12% C3A replacement with fly ash on rheological parameters of mortars with PC and PE superplasticizers Tablica 5.7 Analiza wariancji badania czynnikowego wpływu ilości dodatku popiołu lotnego, zawartości Na2Oe w cemencie i rodzaju superplastyfikatora na parametry reologiczne zapraw o stosunku w/c = 0,40 z cementu o 12% zawartości C3A Źródło wariancji Parametr g po 10 min Parametr h po 10 min Parametr g po 60 min Parametr h po 60 min Poziom Wartość F Poziom Wartość F Poziom istotności Wartość F Poziom istotności Wartość F istotności istotności A: Ilość 210,328 popiołu lotnego 0,000 33,489 0, ,06 0, ,376 0,000 B: Zaw. Na2Oe 1760,401 0,000 6,961 0, ,945 0,000 54,722 0,005 C: Rodzaj SP 196,780 0, ,386 0, ,666 0, ,195 0,001 AB 352,639 0,000 7,546 0, ,837 0,000 33,552 0,009 AC 107,089 0, ,178 0, ,482 0, ,616 0,001 BC 122,387 0,001 80,155 0, , ,250 0,004 ABC 14, ,795 0, ,521 0,000 17,809 0,020 dodanie popiołu lotnego powoduje proporcjonalne do jego ilości zmniejszenie parametru h. W przypadku zapraw z dodatkiem PEl/c, które bez popiołu lotnego charakteryzują się najmniejszym parametrem h, występuje efekt przeciwny. Dodanie popiołu lotnego powoduje wzrost parametru h tych zapraw, a wzrost ten jest proporcjonalny do ilości popiołu lotnego. W rezultacie, zaprawy z dodatkiem PEl/c zawierające 40% popiołu lotnego mają większy parametr h od analogicznych zapraw z dodatkiem PC/c i PE3/c. Wprowadzenie popiołu lotnego do zapraw z cementów zawierających 2% C3A nie wpływa na zakres wzrostu parametru g w czasie. Równocześnie zakres wzrostu parametru g w czasie zapraw z cementów o 12% zawartości C3A ulega znacznemu zmniejszeniu. Dotyczy to zwłaszcza zapraw z cementu HA i z dodatkiem PC/c i PE3/c, w przypadku których bez dodatku popiołu lotnego średni wzrost parametru g w czasie 50 min wynosi odpowiednio 26 i 59 N mm, a po dodaniu 20% popiołu lotnego zmniejsza się odpowiednio do 6,5 i 3,5 N mm. Po dodaniu 40% popiołu lotnego wzrost parametru g w czasie tych zapraw jest pomijalny. Dodanie 20% popiołu lotnego, niezależnie od rodzaju cementu i superplastyfikatora, zwiększa zakres spadku parametru h zapraw w czasie - jest on dla zapraw z popiołem lotnym średnio o 25% większy niż w przypadku zapraw bez tego dodatku. Zwiększenie ilości popiołu lotnego do 40% powoduje w przypadku zapraw z dodatkiem PEl/c dalsze zwiększenie, natomiast w przypadku zapraw z SP PE3/c i PC/c zmniejszenie zakresu spadku parametru h w czasie. Wpływ popiołu lotnego na zakres zmian parametru h w czasie zależy od zawartości Na2 0 e w cemencie tylko w przypadku zapraw z cementów o 12% zawartości C3A W p ływ zm ielo n eg o gran u low anego żużla w ielkopiecow ego Wpływ zmielonego żużla na parametry reologiczne zapraw z cementów o różnej zawartości C3A i Na2Oe z dodatkiem superplastyfikatorów PEl/c, PE3/c, PC/c pokazano na rys. 5.3 i 54. Analizy wariancji badania czynnikowego wpływu ilości zmielonego żużla, zawartości Na2 0 e w cemencie i rodzaju superplastyfikatora na parametry reologiczne zapraw z cementów zawierających 2 i 12% C3A przedstawiono w tabl. 5.8 i 5.9. Wykazują one, że parametry reologiczne tych zapraw zależą od ilości zmielonego żużla, zawartości C3A i Na2 0 e w cemencie, rodzaju superplastyfikatora oraz współdziałania tych czynników. Dodanie 20% zmielonego żużla w miejsce cementu o 2% zawartości C3A zwiększa wartość parametrów g i h wszystkich badanych zapraw. Zwiększenie dodatku żużla do 40% powoduje dalszy wzrost parametrów g i h zapraw z cementu HA. W przypadku zapraw z cementu NA zwiększenie dodatku żużla nie wpływa znacząco na wartość parametru g, natomiast parametr h tych zapraw, podobnie jak zapraw z cementem HA, wzrasta.

54 104 Wpływ dodatków mineralnych na właściwości reologiczne.. Wpływ dodatków mineralnych na właściwości reologiczne E 6CH E z di 40 w/c = 0,40 Cement: C3A - 2%, S 0 3-3,5% Swe m2/kg, g po 1 0 min o> 40 w/c = 0,40 Cement: C3A -12%, S 0 3-3,5% Swc m2/kg, g po 1 0 min ZAWARTOŚĆ ZMIELONEGO ŻUŻLA, % C ZAWARTOŚĆ ZMIELONEGO ŻUŻLA, % C ZAWARTOŚĆ ZMIELONEGO ŻUŻLA, % C ZAWARTOŚĆ ZMIELONEGO ŻUŻLA, % C Cement NA Cement HA PE1/c-1,5% O - P E I/c -1,5 % PE3/C -1,5 % O PE3/C - 1,5% A PC/c -1,5 % PC/c -1,5 % Cement NA -P E 1 /c-1,5 % -P E 3 /C -1,5% -P C /c -1,5 % Cement HA PE1/c-1,5% - P E 3 /C - 1,5% -P C /c -1,5 % Cement NA Cement HA PE1/c-3% O PE1/C- 3% PE3/C - 3% D -P E 3 /c -3 % A PC/c - 3% Cr PC/c - 3% Cement NA P E 1 /c-3 % I PE3/C - 3% i PC/c - 3% Cement HA PE1/C- 3% -P E 3 /C - 3% PC/c - 3% Rys Wpływ zastąpienia cementu o 2% zawartości C-,A zmielonym żużlem wielkopiecowym na parametry reologiczne zapraw z superplastyfikatorami PC i PE Fig The effect of cement containing 2% C3A replacement with ground blast furnace slag on rheological parameters of mortars with PC and PE superplasticizers Tablica 5.8 Analiza wariancji badania czynnikowego wpływu ilości dodatku zmielonego żużla wielkopiecowego, zawartości Na2Oe w cemencie i rodzaju superplastyfikatora na parametry reologiczne zapraw o stosunku w/c = 0,40 z cementu o 2% zawartości C3A Źródło Parametr po 10 min Parametr h po 10 min Parametr g po 60 min Parametr h po 60 min wariancji Poziom Poziom Wartość F Wartość F Poziom Poziom istotności Wartość F istotności Wartość F istotności istotności A: Zaw. żużla 122,236 0, ,819 0,002 72,610 0,002 32,174 0,049 B: Zaw. Na2Oe 781,704 0,000 47,452 0, ,10 0,000 37,608 0,051 C: Rodzaj SP 60,695 0, ,55 0, ,918 0, ,75 0,000 AB 64,819 0,003 1,733 0, ,624 0,001 0,594 0,607 AC 46,112 0,005 1,898 0, ,992 0,001 10,282 0,043 BC 17,566 0,022 45,009 0, ,588 0,000 7,232 0,071 ABC ,016 2,613 0, ,791 0,001 5,355 0,101 Rys Wpływ zastąpienia cementu o 12% zawartości C3A zmielonym żużlem wielkopiecowym na parametry reologiczne zapraw z superplastyfikatorami PC i PE Fig The effect of cement containing 12% C3A replacement with ground blast furnace slag on rheological parameters of mortars with PC and PE superplasticizers Tablica 5.9 Analiza wariancji badania czynnikowego wpływu ilości dodatku zmielonego żużla wielkopiecowego, zawartości Na2Oe w cemencie i rodzaju superplastyfikatora na parametry reologiczne zapraw o stosunku w/c = 0,40 z cementu o 12% zawartości C3A Parametr g po 10 min Parametr h po 10 min Parametr g po 60 min Parametr h po 60 min Źródło wariancji Poziom Poziom Poziom Poziom Wartość F Wartość F Wartość F Wartość F istotności istotności istotności istotności A: Zaw. żużla 8,531 0,058 68,659 0, ,860 0, ,005 B: Zaw. Na2Oe 184,126 0,001 16,417 0, ,88 0,000 3,410 0,162 C: Rodzaj SP 49,477 0, ,58 0, ,790 0, ,94 0,000 AB 49,447 0,005 6,301 0, ,693 0,001 8,622 0,008 AC ,028 8,602 0, ,005 31,755 0,009 BC 4,895 0,114 29,665 0,011 61,449 0,004 9,540 0,050 ABC ,077 4,314 0,130 39,971 0,006 9,680 0,046

55 106 Wpływ dodatków mineralnych na właściwości reologiczne. Wpływ dodatków mineralnych na właściwości reologiczne Zmiany parametru g zapraw z cementu o 12% zawartości C3A w wyniku dodania zmielonego żużla zależą od rodzaju superplastyfikatora i zawartości Na2Oe w cemencie. W przypadku zapraw z cementu HA z dodatkiem PEl/c i PE3/c wprowadzenie zmielonego żużla powoduje proporcjonalne do jego ilości zmniejszenie parametru g. Dodatek żużla nie wpływa na parametr g zapraw z cementu HA z dodatkiem PC/c. W zaprawach z cementu NA dodatek zmielonego żużla w ilości 20% powoduje wzrost parametru g. Dalsze zwiększenie dodatku zmielonego żużla w zaprawach nie wpływa na wartość parametru g zapraw z dodatkiem PEl/c i PC/c, natomiast zmniejsza parametr g zaprawy z dodatkiem PE3/c. Wpływ zmielonego żużla na parametr h zapraw z cementów zawierających 12% C3A jest analogiczny jak na parametr h zapraw z cementów o 2% zawartości C3A. Dodanie zmielonego żużla do zapraw z cementów o 2% zawartości C3A nie wpływa na zakres zmian w czasie parametru g zapraw z cementem NA i dodatkiem PC/c oraz z cementem HA i dodatkiem PEl/c. W pozostałych przypadkach dodanie żużla powoduje, że zmienia się kierunek zmian parametru g w czasie. Parametr g tych zapraw bez żużla wzrasta, natomiast z jego dodatkiem zmniejsza się z upływem czasu. Dodatek zmielonego żużla zwiększa zakres zmian parametru h zapraw w czasie. Taki efekt jest szczególnie wyraźny w przypadku zapraw z dodatkiem PEl/c i PE3/c. Dodanie zmielonego żużla do zapraw z cementów o 12% zawartości C3A zmniejsza wzrost parametru g w czasie zapraw z cementu HA W przypadku zapraw z cementu NA dodatek żużla powoduje, że parametr g tych zapraw nieznacznie maleje z upływem czasu. Kierunek i zakres zmian parametru h w czasie zapraw z cementów o 12% zawartości C3A z dodatkiem zmielonego żużla zależy od rodzaju superplastyfikatora. Dodanie zmielonego żużla do zapraw z dodatkiem PEl/c i PC/c zwiększa zakres spadku parametru h w czasie. Dodanie żużla do zapraw z dodatkiem PE3/c powoduje, że parametr h, w przeciwieństwie do zapraw bez tego dodatku, wzrasta w czasie; zakres tego wzrostu nie zależy od ilości żużla W p ływ pyłu k rzem ionkow ego Wpływ pyłu krzemionkowego na parametry reologiczne zapraw z cementów o różnej zawartości C3A i Na2 0 e z dodatkiem superplastyfikatorów PEl/c, PE3/c, PC/c pokazano na rys. 5.5 i 5.6. Analizy wariancji wpływu ilości pyłu krzemionkowego, zawartości Na2Oe w cemencie i rodzaju superplastyfikatora na parametry reologiczne zapraw z cementów zawierających 2 i 12% C3A przedstawiono w tabl i Wykazują one, że parametry reologiczne tych zapraw zależą od ilości pyłu krzemionkowego, rodzaju superplastyfikatora, zawartości C3A i Na2Oe w cemencie oraz współdziałania tych czynników. E Z di w/c = 0,40 Cement: C3A - 2%, S 0 3-3,5% Swc m2/kg, g po 1 0 min DODATEK PYŁU KRZEMIONKOWEGO, % C Cement NA -P E 1 /c-1,5 % - -P E 3/C - 1,5% - P C /c - 1,5% - Cement HA PE1/c-1,5% - P E 3 /C - 1,5% -P C /c - 1,5% DODATEK PYŁU KRZEMIONKOWEGO, % C Cement LA PE1/b -1,5% PE3-1,5 % - P C -1,5 % Cement HA PE1/b-1,5% h - P E 3-1,5% PC - 1,5% Rys Wpływ zastąpienia cementu o 2% zawartości C3A pyłem krzemionkowym na parametry reologiczne zapraw z superplastyflkatorami PC i PE Fig The effect of cement containing 2% C3A replacement with condensed silica fume on rheological parameters of mortars with PC and PE superplasticizers Tablica 5.10 Analiza wariancji badania czynnikowego wpływu ilości dodatku pyłu krzemionkowego, zawartości Na2Oe w cemencie i rodzaju superplastyfikatora na parametry reologiczne zapraw o stosunku w/c = 0,40 z cementu o 2% zawartości C3A Parametr po 10 min Parametr 6po 10 min Parametr g po 60 min Parametr h po 60 min Źródło wariancji Wartość Poziom Wartość Poziom Wartość Poziom Wartość Poziom F istotności F istotności F istotności F istotności A: Zaw. pyłu krzemionkowego 72,885 0, ,781 0,000 87,670 0, ,841 0,001 B: Zaw. Na2Oe ,014 11,572 0,042 25,835 0,015 7,572 0,071 C: Rodzaj SP 82, , ,904 0, ,577 0,000 AB 79, ,140 0, ,465 0,001 0,933 0,484 AC 26,015 0,011 21,385 0,015 85,354 0,002 24,956 0,012 BC 43,587 0,006 3,327 0, ,095 0,000 6,903 0,075 ABC 7,489 0,065 9,592 0,047 20,668 0,016 2,725 0,218

56 108 Wpływ dodatków mineralnych na właściwości reologiczne.. Wpływ dodatków mineralnych na właściwości reologiczne E E z ZAWARTOŚĆ PYŁU KRZEMIONKOWEGO, % C Cement NA Cement HA PE1/C - 3% - o P E 1/c-3% PE3/C - 3% PE3/C - 3% A PC/c - 3% 6 POc - 3% E E z E E Z ZAWARTOŚĆ PYŁU KRZEMIONKOWEGO, % C Cement NA Cement HA P E 1 /c -3 % O P E 1/c- 3% PE3/C - 3% - O PE3/C - 3% P C /c - 3% G P C /c-3 % Rys Wpływ zastąpienia cementu o 12% zawartości C3A pyłem krzemionkowym na parametry reologiczne zapraw z superplastyfikatorami PC i PE Fig The effect of cement containing 12% C3A replacement with condensed silica fume on rheological parameters of mortars with PC and PE superplasticizers Tablica 5.11 Analiza wariancji badania czynnikowego wpływu ilości dodatku pyłu krzemionkowego, zawartości Na2Os w cemencie i rodzaju superplastyfikatora na parametry reologiczne zapraw o stosunku w/c = 0,40 z cementu o 12% zawartości C3A Parametr g po 10 min Parametr /? po 10 min Parametr g po 60 min Parametr h po 60 min Źródło wariancji Wartość Poziom Wartość Poziom Wartość Poziom Wartość Poziom F istotności F istotności F istotności F istotności A: Zaw. pyłu 49,954 0, ,163 0, ,849 0, ,622 0,001 krzemionkowego B: Zaw. Na2Oe 3110,184 0,000 49,134 0, ,255 0,000 98,861 0,002 C: Rodzaj SP 289,205 0, , ,686 0, ,607 0,000 AB 7,157 0,072 15,353 0, ,189 0,000 44, AC 58,159 0,036 20,138 0, ,332 0,000 16,829 0,022 BC 77,462 0, , ,231 0,001 21,972 0,016 ABC 21,294 0,015 13,403 0, ,636 0,001 12,975 0,031 Wpływ pyłu krzemionkowego na parametr g zapraw z dodatkiem PE i PC zależy od zawartości C3A i Na2 0 e w cemencie oraz rodzaju superplastyfikatora. Ogólnie, dodanie pyłu krzemionkowego do zapraw z cementów NA powoduje proporcjonalny do ilości tego dodatku wzrost parametru g. Wzrost ten w przypadku zapraw z dodatkiem PEl/c jest największy, a w przypadku zapraw z dodatkiem PE3/c najmniejszy. Jedynie w przypadku zaprawy z cementu zawierającego 12% C3A z dodatkiem PE3/c dodatek pyłu krzemionkowego początkowo zmniejsza wartość parametru g. W przypadku zapraw z cementów HA wpływ dodania pyłu krzemionkowego zmienia się zależnie od zawartości C3A w cemencie i rodzaju superplastyfikatora. W zależności od tych czynników parametr g tych zapraw nieznacznie zwiększa się (cement o 2% zawartości C3A i PEl/c, PE3/c i PC/c oraz cement o 12% zawartości C3A i PEl/c), albo maleje (cement o 12% zawartości C3A i PE3/c i PC/c) wraz ze zwiększaniem dodatku pyłu krzemionkowego. Dodatek pyłu krzemionkowego zawsze, niezależnie od rodzaju stosowanego cementu i superplastyfikatora, znacznie zmniejsza parametr h zapraw. Zakres tego spadku zależy od wartości parametru h zaprawy bez dodatku pyłu krzemionkowego. Im jest on większy, tym zmniejszenie parametru h w wyniku dodania pyłu krzemionkowego jest również większe. Zakres zmniejszenia parametru h zapraw z dodatkiem PEl/c i PE3/c w wyniku dodania pyłu krzemionkowego w niewielkim stopniu zależy od zawartości C3A i Na2Oe w cemencie. W przypadku zapraw z dodatkiem PC/c zmniejszenie parametru h jest większe, gdy stosowany jest cement HA. Dodanie pyłu krzemionkowego do zapraw z cementu zawierającego 2% C3A z dodatkiem PEl/c zmniejsza zakres wzrostu parametru g w czasie. Dodanie pyłu krzemionkowego do zapraw z dodatkiem PE3/c i PC/c powoduje natomiast, że zmienia się kierunek zmian parametru g w czasie. Parametr g tych zapraw bez pyłu krzemionkowego wzrasta, natomiast z jego dodatkiem zmniejsza się z upływem czasu. Pył krzemionkowy wpływa także na zakres zmian parametru h w czasie tych zapraw. Wpływ ten nie jest jednak jednoznaczny i zmienia się zależnie od rodzaju superplastyfikatora, a w dalszej kolejności od zawartości Na2Oe w cemencie i ilości dodanego pyłu krzemionkowego. Wprowadzenie pyłu krzemionkowego do zapraw z SP PC/c zmniejsza zakres spadku parametru h w czasie. Zakres zmian parametru h tych zapraw w czasie nie zależy przy tym od dodatku pyłu krzemionkowego. Dodanie pyłu krzemionkowego do zapraw z SP PEl/c również zmniejsza zakres spadku parametru h w czasie, przy czym zmniejszenie to jest tym większe, im więcej dodano pyłu krzemionkowego. Dodanie pyłu krzemionkowego do zapraw z SP PE3/c zwiększa zakres spadku parametru h w czasie, zwłaszcza w przypadku zapraw z cementu NA.

57 110 Wpływ dodatków mineralnych na właściwości reologiczne... Wpływ dodatków mineralnych na właściwości reologiczne. 111 Dodanie pyłu krzemionkowego do zapraw z cementu HA o 12% zawartości C 3A znacznie zmniejsza zakres wzrostu parametru g w czasie. Charakter wpływu pyłu krzemionkowego na zmiany w czasie parametru g zapraw z cementów NA o 2 i 12% zawartości C 3A jest podobny, podobny jest również charakter zmian w czasie parametru h zapraw z cementów o 2 i 12% zawartości C 3A P o d su m o w a n ie Dodatki mineralne mają duży wpływ na parametry reologiczne zapraw z superplastyfikatorami PC i PE, a charakter i zakres tego wpływu zmienia się zależnie od rodzaju superplastyfikatora, zawartości C3A i Na2Oe w cemencie oraz współdziałania tych czynników. Równocześnie wpływ superpłastyfikatorów PC i PE na parametry reologiczne zaprawy może ulegać dużym zmianom w wyniku zastąpienia części cementu dodatkiem mineralnym. W przypadku mieszanek z dodatkami mineralnymi ocena kompatybilności superplastyfikatora i cementu dokonana bez uwzględnienia obecności i ilości tych dodatków nie będzie więc w pełni miarodajna. Należy przy tym zwrócić uwagę, że wpływ dodatków mineralnych na właściwości reologiczne mieszanek z superplastyfikatorami PC i PE może się znacząco różnić od wpływu tych dodatków na właściwości reologiczne mieszanek bez dodatku superplastyfikatora lub z superplastyfikatorami SNF i SMF. Według danych literaturowych wprowadzenie popiołu lotnego w miejsce części cementu zawsze zmniejsza wartość parametrów g i h mieszanek bez superplastyfikatora lub z dodatkiem SNF i SMF, a efekt ten jest tym większy, im większy jest udział tego dodatku (Gjorv [67], de Larrard [115], Szwabowski [180], Tattersall i Banfill [188], Wallevik [201]). Zmniejszenie wartości parametru g ma przy tym zwykle wyraźnie większy zakres niż zmniejszenie wartości parametru h. Wprowadzenie popiołu lotnego do zapraw z superplastyfikatorami PC i PE może powodować zwiększenie lub zmniejszenie parametrów g i h, a kierunek i zakres tych zmian zależą od zawartości C3A i Na2Oe w cemencie i rodzaju superplastyfikatora. Należy przy tym zwrócić uwagę na wyraźną interakcję pomiędzy popiołem lotnym a rodzajem superplastyfikatora. Parametr h zapraw z dodatkiem PEl/c w wyniku wprowadzenia popiołu lotnego wzrasta, a zapraw z dodatkiem PC/c i PE3/c maleje. Dane literaturowe i wyniki badań własnych pokazują że pył krzemionkowy stosowany w miejsce części cementu zawsze, niezależnie od rodzaju i właściwości cementu i superplastyfikatora, powoduje znaczne zmniejszenie parametru h mieszanki, przy czym efekt ten jest tym większy, im większa jest ilość dodatku. W przypadku mieszanek bez lub z dodatkiem SNF i SMF towarzyszy temu duży, proporcjonalny do ilości wprowadzonego pyłu krzemionkowego, wzrost parametru g oraz zwiększenie zakresu wzrostu parametru g w czasie. Jak wykazują wyniki badań własnych, efekt ten w mieszankach z superplastyfikatorami PE i PC jest zdecydowanie słabszy, a w przypadku stosowania cementów bogatych w alkalia może nawet być przeciwny. Dodanie zmielonego granulowanego żużla hutniczego do mieszanek bez i z dodatkiem SNF i SMF powoduje zmniejszenie parametru g, któremu towarzyszy wzrost parametru h. Uzyskane wyniki badań wykazują że charakter wpływu zmielonego żużla na parametr h mieszanek z dodatkiem PE i PC jest podobny. Dodatek zmielonego żużla może jednak powodować wzrost parametru g zapraw, zwłaszcza z cementów o małej zawartości C3A i Na2Oe. Przy określonym dodatku superpłastyfikatorów PC lub PE wprowadzenie dodatku mineralnego do zapraw z cementów o 12% zawartości i o 1,1% zawartości Na2Oe powoduje, niezależnie od rodzaju dodatku mineralnego, zmniejszenie parametru g oraz znaczne zmniejszenie zakresu zmian parametru g w czasie. W przypadku zapraw z cementów o 2% zawartości C3A oraz zapraw o 12% zawartości C3A i o 0,3% zawartości Na2Oe wprowadzenie dodatku mineralnego powoduje zwiększenie parametru g, jednocześnie zależnie od rodzaju dodatku mineralnego i superplastyfikatora nie wpływając lub zmniejszając wzrost tego parametru w czasie. Dodanie żużla i pyłu krzemionkowego może nawet powodować, że parametr g zapraw, w przeciwieństwie do zapraw bez ich dodatku, nieznacznie maleje z upływem czasu. Parametr h zapraw z superplastyfikatorami PC i PE, niezależnie od zawartości C3A i Na2Oe w cemencie, zmniejsza się wraz ze wzrostem ilości wprowadzonego dodatku pyłu krzemionkowego, a zwiększa się wraz ze wzrostem ilości wprowadzonego zmielonego żużla wielkopiecowego. Zakres tych zmian zależy od rodzaju superplastyfikatora i składu cementu. Kierunek zmian parametru h zapraw w wyniku wprowadzenia popiołu lotnego zależy od rodzaju zastosowanego superplastyfikatora. Dodatki mineralne wpływają również na zakres zmian w czasie parametru h zapraw z superplastyfikatorami PC i PE. Wpływ ten jednak nie jest jednoznaczny i zmienia się zależnie od rodzaju superplastyfikatora, ilości C3A i Na2Oe w cemencie oraz rodzaju i ilości dodatku mineralnego. Wpływ dodatków mineralnych na właściwości reologiczne mieszanki można wyjaśnić w oparciu o łączne występowanie następujących efektów. Stosowanie dodatku mineralnego w miejsce takiej samej masowo ilości cementu powoduje, ze względu na mniejszą gęstość dodatków mineralnych od cementu, przyrost objętości spoiwa i proporcjonalny do tego wzrost objętości zaczynu w mieszance. Efekt ten

58 112 Wpływ dodatków mineralnych na właściwości reologiczne.. przyczynia się do zmniejszenia parametrów g i h oraz zmniejszenie zakresu zmian tych parametrów w czasie. Dodatki mineralne mają mniejszą od cementu aktywność chemiczną w początkowej fazie procesu hydratacji. Ich stosowanie w miejsce części cementu powoduje więc ogólne spowolnienie procesu hydratacji spoiwa, a tym samym zmniejszenie objętości wody związanej chemicznie i zwiększenie objętości wody wolnej w mieszance. Przy określonym dodatku superplastyfikatora większa też jego ilość pozostaje niezaadsorbowana w roztworze. Efekty te przyczyniają się do: zmniejszenia parametrów g i h mieszanki oraz zakresu ich zmian w czasie. Zmniejszenie to jest tym większe, im większa jest aktywność cementu zastępowanego dodatkiem mineralnym. Należy zwrócić uwagę, że większa ilość superplastyfikatora w roztworze może przyczyniać się do wzrostu parametru h. Stosowanie dodatku mineralnego, którego powierzchnia właściwa jest większa od cementu, powoduje wzrost powierzchni właściwej spoiwa i proporcjonalne do niego zwiększenie objętości wody fizycznie związanej i zmniejszenie udziału wody wolnej w mieszance. Pociąga to za sobą wzrost parametrów g i h mieszanki oraz przyczynia się do przyspieszenia prędkości zmian tych parametrów w czasie. Z drugiej strony, mniejsze od ziaren cementu ziarna dodatku mineralnego wypełniają przestrzenie między ziarnami cementu, co w przypadku ich kulistego kształtu może powodować tzw. efekt łożyska kulkowego, zmniejszający parametr h mieszanki. Efekty te są tym większe, im większa jest miałkość zastosowanego dodatku i im bardziej zbliżony do kulistego jest kształt jego ziaren. Jak wykazano wcześniej, efektywność działania superplastyfikatorów PC i PE zależy od zawartości Na2 0 e w cemencie. Wprowadzenie dodatku mineralnego o odmiennym od cementu składzie zmienia zawartość Na2Oe w spoiwie. W zależności od swojego składu chemicznego wprowadzony w miejsce części cementu dodatek mineralny może zwiększać lub zmniejszać ilość Na2Oe w spoiwie, odpowiednio to tego wpływając na efektywność działania superplastyfikatorów PC i PE. Występowanie z różną intensywnością powyższych efektów pozwala wyjaśnić wpływ dodatków mineralnych na parametry reologiczne mieszanek oraz na efekty działania superplastyfikatorów PC i PE i ich współdziałanie z różnymi cementami. Zwraca przy tym uwagę fakt, że im bardziej dodatek mineralny jest zbliżony do cementu, tym mniejsze są reologiczne efekty jego stosowania, w tym także wpływ na efekty działania superplastyfikatora. Wpływ zmielonego żużla, dodatku najbardziej zbliżonego właściwościami do cementu, na właściwości reologiczne zapraw z superplastyfikatorami jest mniejszy niż wpływ popiołu lotnego czy pyłu krzemionkowego. ROZDZIAŁ 6 WPŁYW TEMPERATURY NA WŁAŚCIWOŚCI REOLOGICZNE ZAPRAW Z SUPERPLASTYFIKATORAMI - BADANIA WŁASNE 6.1. K oncep cja i m etoda badań Badania wpływu temperatury na właściwości reologiczne zapraw w zależności od rodzaju i właściwości cementu i superplastyfikatora zaplanowano i wykonano w dwóch częściach: cześć 1 - badanie wpływu temperatury na parametry reologiczne zapraw z cementów СЕМ I, CEM II/B-S, CEMIII/A z superplastyfikatorami SNF i PE; część 2 - badania wpływu temperatury na parametry reologiczne zapraw z cementów СЕМ I o różnym składzie z superplastyfikatorami PC i PE. Czynniki stałe i zmienne w badaniach wpływu temperatury oraz przyjęte ich poziomy pokazano w tabl W badaniach przyjęto przedział zmienności temperatury mieszanki od 10 do 30 C. Wynika on z zasad technologii robót betonowych, zalecających utrzymanie temperatury mieszanki w trakcie betonowania w takim właśnie przedziale (Aitcin [1], Neville [138]). Przedział zmienności czynników zmiennych związanych z właściwościami cementu i superplastyfikatora, poziomy czynników stałych oraz sposób ich ustalenia omówiono w rozdz Dodatek superplastyfikatorów w części 1 badań ustalono doświadczalnie, tak aby parametr g zapraw z cementu СЕМ I o w/c = 0,50 i 0,40 o T = 20 C wynosił 25±5 N mm. Plan badań wpływu temperatury na właściwości reologiczne zapraw przedstawia tabl Część 2 badań podzielono na trzy serie, w których określono wpływ temperatury na parametry reologiczne zapraw z cementami o różnej: powierzchni właściwej, zawartości C3A i zawartości Na2Oe. Program badań w poszczególnych częściach i seriach zaplanowano jako statyczny, zdeterminowany, kompletny. W części 1 badań stosowano cementy przemysłowe, w części 2 cementy laboratoryjnie przygotowane w Instytucie Mineralnych Materiałów Budowlanych w Krakowie. Właściwości cementów podano w tabl. 6.3 i 6.4. Właściwości badanych superplastyfikatorów podano w tabl. 6.5 a składy badanych zapraw w tabl Pomiar parametrów Teologicznych zapraw wykonano zgodnie z metodą omówioną w rozdz Do statystycznego opracowania wyników badań zastosowano program STATGRAPHICS 7.0 Plus.

59 114 Wpływ temperatury na właściwości reologiczne zapraw. Wpływ temperatury na właściwości reologiczne zapraw Czynniki stałe i zmienne w badaniach Czynnik Poziomy czynnika Temperatura zaprawy 10, 20, 30 C; Rodzaj cementu (część 1) СЕМ I, CEM Il/B-S, CEM III/A Stosunek w/c (część 1) w/c = 0,40; 0,50; Ilość superplastyfikatora (część 1) w/c= 0,50-1% i 2% w/c = 0,40-2,5% Czynniki zmienne Powierzchnia właściwa cementu Swc (część 2) 320, 370, 420 m2/kg Zawartość C3A w cemencie (część 2) 2, 7, 12% Zawartość Na2Oe w cemencie (część 2) 0,3, 0,7, 1,1% Czynniki stałe Tablica 6.1 Rodzaj superplastyfikatora SNF, PC, PE wg tabl Masa cząsteczkowa i budowa polimeru zawartego w superplastyfikatorze PE1, PE3 wg tabl Zaprawa normowa wg PN EN Ilość cementu i kruszywa, uziamienie kruszywa 0 stosunku piasku CEN do cementu 3/1 jednak 0 zmienionym stosunku w/c Stosunek w/c (część 2) w/c = 0,55 (SNF1) w/c = 0,45 (PC. PE1.PE3) Dodatek superplastyfikatora (część 2) 2% PE1, PE3, PC razem z wodą zarobową, Sposób dodawania superplastyfikatora (część 2) SNF1 z 30 s opóźnieniem w stosunku do dodania wody Zawartość S03w cemencie (część 2) 3,0% Tablica 6.2 Plan badań wpływu temperatury na właściwości reologiczne zapraw cementowych z superplastyfikatorami Część 1 Część 2/seria 1 Część 2/seria 2 Część 2/seria 3 Temperatura 10, 20, 30 C Rodzaj cementu CEM I 32,5, CEM II/B-S 32,5, CEM III/A 32,5 Rodzaj superplastyfikatora SNF2, PE1, PE3 wg tabl. 6.5 Stosunek w/c 0,50, 0,40 Ilość superplastyfikatora 1% i 2% - dla w/c= 0,50; 2,5% - dla w/c =0 40 Temperatura 10, 20, 30 C Powierzchnia właściwa cementu Swc 340, 370, 420 [m2/kg] Rodzaj superplastyfikatora SNF1, PEl/b, PE3, PC i wg tabl. 6.5 Jako czynniki stałe: C3A - 7%, Na2Oe - 0,7% Temperatura 10, 20, 30 C Zawartość C3A w cemencie 2; 7; 12 % Rodzaj superplastyfikatora SNF1, PEl/b, PE3, PC i wg tabl. 6.5 Jako czynniki stałe Swc m2/kg, Na2Oe - 0,7% Temperatura 10, 20, 30 C Zawartość Na2Oe w cemencie 0,3; 0,7; 1,1 % Rodzaj superplastyfikatora SNF1, PEl/b, PE3, PC i wg tabl. 6.5 Jako czynniki stałe S C- 370 m2/kg, C3A - 7%, Tablica 6.3 Skład chemiczny i mineralogiczny cementów zastosowanych w badaniach temperatury - część 1 badań Skład chemiczny i mineralogiczny cementu Г%1 Pow. Cement Si02 CaO AI20 3 Fe20 3 MgO Na2Oe właściwa S03 C3S C2S C3A c4af [m2/kgl СЕМ I 32,5 R 19,5 62,2 6,3 2, ,83 2, CEM 32,5 II/B-S 24,7 56,7 6,3 2,3 2,9 0,70 3, CEM 32,5 III/A 29,3 50,5 6,6 1,7 4,0 0,83 3, Tablica 6.4 Skład chemiczny i mineralny cementów zastosowanych w badaniach temperatury - część 2 badań Skład chemiczny i mineralny cementu [%] Pow. Cement właściwa Si02 CaO a i2o 3 Fe20 3 MgO Na2Oe so 3 C3S C2S C3A C4AF fm2/kgl Cement #1 22,4 66,6 4,26 5,47 0,82 0,7 3, Cement #2 0,3 320 Cement #3 23,3 66,6 4,67 3,45 0,91 0,7 3, Cement #4 1,1 420 Cement #5 20,3 65,8 3, ,58 0,7 3, Właściwości superplastyfikatorów zastosowanych w badaniach wpływu temperatury Tablica 6.5 Cześć SP Składnik bazowy Gęstość Stężenie [g/cm3] r%i 1 SNF2 sulfonowana żywica formaldehydowo-naftalenowa 1,09 26 PE1 polieter (mniejsza masa cząsteczkowa, krótkie łańcuchy boczne) 1,09 17 SNF1 sulfonowana żywica formaldehydowo-naftalenowa 26 PE3 polieter (większa masa cząsteczkowa, długie łańcuchy boczne) 1,05 1, PC polimer karboksylowy (największa masa cząsteczkowa, najdłuższy łańcuch główny, krótkie łańcuchy boczne) 1,06 40 PEl/b polieter (mniejsza masa cząsteczkowa, krótkie łańcuchy boczne) 1,05 18 PE3 polieter (większa masa cząsteczkowa, długie łańcuchy boczne) 1,05 36 Skład zapraw (g/zarób) Tablica 6.6 w/c Cement Piasek Woda Rodzaj i ilość SP Część 1 badań 0, , wg tabl. 6.1 Część 2 badań 0, ,5 SNF1 2% 0, ,5 PEl/b, PE3, PC 2% 6.2. W pływ tem p era tu ry na param etry reologiczne zap raw z cem entów różnych rod zajów i su perp lastyfikatoram i SN F i PE Wyniki badań wpływu temperatury na parametry reologiczne zapraw o w/c=0,50 i 0,40 z cementów СЕМ I, CEM II/B-S i CEM III/A i dodatkiem 1, 2 i 2,5% superplastyfikatorów SNF2, PE1 i PE3 pokazano na rys Analizy wariancji badań czynnikowych wpływu temperatury, rodzaju cementu i superplastyfikatora na parametry reologiczne tych zapraw pokazano w tabl Na podstawie uzyskanych wyników można stwierdzić, że temperatura wpływa na parametry g i h zapraw, a charakter tego wpływu zależy od stosunku w/c, rodzaju i ilości superplastyfikatora, rodzaju cementu oraz interakcji tych czynników. Analizy wariancji wpływu temperatury na parametry reologiczne zapraw o w/c = 0,50 z 1% dodatkiem SNF2, PE1, PE3 wykazują, że wpływ temperatury na ich parametry g i h jest znaczny, a jego charakter i zakres zależą kolejno od rodzaju superplastyfikatora i rodzaju

60 116 Wpływ temperatury na właściwości Teologiczne zapraw... Wpływ temperatury na właściwości reologiczne zapraw CO E 30 - Z JŹ 20 g, N mm g, N mm g, N mm TEMPERATURA, C д po 10 min д po 60 min СЕМ I 0 C EM I CEM ll/b-s Д CEM ll/b-s CEM Ill/А - O - CEM Ill/A TEMPERATURA, C h po 10 min h po 60 min C E M I 0 C E M I * CEM ll/b -S ń CEM ll/b -S C E M lll/a D - C E M I I I / A TEMPERATURA, C д po 10 min g po 60 min -C E M I O CEM I - CEM ll/b-s - Л CEM ll/b-s -C EM lll/a - O - C E M lll/a TEMPERATURA, C h po 10 min h po 60 min -С ЕМ I -С Е М I -C EM ll/b-s -C E M ll/b-s -C EM lll/a -C EM lll/a Rys Wpływ temperatury na parametry reologiczne zapraw z różnych cementów i dodatkiem superplastyfikatora SNF2 Fig The effect of temperature on rheological properties of mortars with different type cements and SNF2 superplasticizer Rys Wpływ temperatury na parametry reologiczne zapraw z różnych cementów i dodatkiem superplastyfikatora PE1 Fig The effect of temperature on rheological properties of mortars with different type cements and PEI superplasticizer

61 118 Wpływ temperatury na właściwości reologiczne zapraw... Wpływ temperatury na właściwości reologiczne zapraw SP PE3-2% w/c = 0, Tablica 6.7 ANOVA badania czynnikowego wpływu temperatury, rodzaju cementu i rodzaju superplastyfikatora na parametry reologiczne zapraw cementowych o w/c = 0,50 i 1% dodatkiem superplastyfikatora Parametr g po 10 min Parametr h po 10 min Parametr g po 60 min Parametr h po 60 min Źródło wariancji Wartość F Poziom istotności Wartość F Poziom istotności Wartość F Poziom istotności Wartość F Poziom istotności A: Temperatura 57,164 0,001 43,800 0,002 13,843 0,016 5,948 0,063 B: Rodzaj cementu 27,045 0,005 7,496 0,044 5,878 0,064 4,635 0,091 C: Rodzaj SP 55,769 0, ,241 0,000 18,271 0,010 21,087 0,008 AB 7,697 0,037 0,636 0,664 0,858 0,557 0,259 0,890 AC 24,022 0,005 22,413 0,005 1,831 0,286 1,133 0,453 BC 5,071 0,073 47,097 0,001 0,168 0,944 5,583 0,062 ABC 2, ,037 0,257 0,157 0,987 0,211 0,971 Tablica 6.8 ANOVA badania czynnikowego wpływu temperatury, rodzaju cementu i rodzaju superplastyfikatora na parametry reologiczne zapraw cementowych o w/c = 0,50 i 2% dodatkiem superplastyfikatora Parametr g po 10 min Parametr h po 10 min Parametr g po 60 min Parametr h po 60 min Źródło wariancji Wartość F Poziom istotności Wartość F Poziom istotności Wartość F Poziom istotności Wartość F Poziom istotności A: Temperatura 0,509 0,635 5,600 0,069 1,403 0,345 4,339 0,099 B: Rodzaj cementu 1,453 0,335 0,594 0,594 12,766 0,018 10,405 0,026 C: Rodzaj SP 6,679 0,053 7,843 0,041 8,129 0,039 47,773 0,002 AB 0,113 0,971 0,096 0,978 0,475 0,756 0,529 0,724 AC 0,692 0,634 0,745 0,609 0, ,273 0,223 BC 0,114 0,971 1,400 0,376 1,644 0,321 5,571 0,062 ABC 0,247 0,956 0,104 0,996 0,550 0, ,586 TEMPERATURA, C g po 10 min g po 60 min -C EM I -C EM I -C E M II/B -S -C EM ll/b-s -C E M III/A -C EM lll/a TEMPERATURA, C h po 10 min h po 60 min -C EM I -C EM I -C EM ll/b-s -C EM ll/b-s -C em lll/a -C em lll/a Tablica 6.9 ANOVA badania czynnikowego wpływu temperatury, rodzaju cementu i rodzaju superplastyfikatora na parametry reologiczne zapraw cementowych o w/c = 0,40 i 2,5% dodatkiem superplastyfikatora Parametr g po 10 min Parametr h po 10 min Parametr g po 60 min Parametr h po 60 min Źródło wariancji Wartość F Poziom istotności Wartość F Poziom istotności Wartość F Poziom istotności Wartość F Poziom istotności A: Temperatura 268, ,224 0, ,711 0,000 24,029 0,006 B: Rodzaj 478,064 0,000 0,203 0, ,558 0,000 9,361 0,031 cementu C: Rodzaj SP 568,921 0, ,327 0, ,148 0, ,858 0,000 AB 157,148 0,000 2,720 0, ,332 0,000 0,784 0,591 AC 185,831 0,000 48,260 0, ,415 0,000 34,491 0,002 BC 39,553 0,002 38,900 0, ,536 0,000 81,200 0,000 ABC 12,350 0,014 7,907 0,031 75,176 0,000 13,496 0,012 Rys Wpływ temperatury na parametry reologiczne zapraw z różnych cementów i dodatkiem superplastyfikatora PE3 Fig The effect of temperature on rheological properties of mortars with different type cements and PE3 superplasticizer

62 120 Wpływ temperatury na właściwości reologiczne zapraw... Wpływ temperatury na właściwości reologiczne zapraw cementu (rys , tabl. 6.7). Tylko w temperaturze 10 C parametr g zapraw nie zależy od rodzaju superplastyfikatora i cementu. Zwiększenie temperatury zapraw do 20 C powoduje wzrost parametru g zapraw z cementu СЕМ I. Równocześnie parametr g zapraw z cementów CEM II/B-S i CEM III/A praktycznie nie zmienia się. Zakres wzrostu parametru g zapraw z cementu СЕМ I jest największy dla zaprawy z dodatkiem SNF2, a najmniejszy w przypadku zaprawy z dodatkiem PE3. Dalsze podniesienie temperatury do 30 C powoduje wzrost parametru g wszystkich zapraw z dodatkiem SNF2 i PE1. Zakres tego wzrostu jest największy dla zapraw z cementu СЕМ I - parametr g zapraw z СЕМ I oraz z SNF2 i PE1 w temperaturze 30 C jest odpowiednio o 150% i 350% większy niż analogicznych zapraw w temperaturze 10 C, a najmniejszy dla zapraw z cementu CEM III/A - parametr g zapraw z CEM III/A oraz z SNF2 i PE1 w temperaturze 30 C jest większy niż analogicznych zapraw w temperaturze 10 C odpowiednio o 33% i 200%. Wpływ temperatury na parametr g zapraw maleje wraz ze wzrostem ilości żużla w cemencie. Parametr g zaprawy z cementu СЕМ I z dodatkiem PE3 maleje w temperaturze 30 C - zaprawa ta ma największy parametr g w temperaturze 20 C. Wzrost temperatury do 30 C nie wpływa na parametr g zapraw z cementów CEM II/B-S i CEM III/A i z dodatkiem PE3. Parametr h zapraw o stosunku w/c = 0,50 z dodatkiem 1% superplastyfikatorów SNF2 i PE1 maleje ze wzrostem temperatury. Różnica pomiędzy wartością parametru h zapraw z SNF2 i PE1 w temperaturach 10 i 30 C wynosi średnio odpowiednio 20% i 45%. Zakres zmniejszenia parametru h zapraw z PE1 rośnie, natomiast zapraw z SNF2 maleje ze wzrostem zawartości żużla w cemencie. Pod wpływem temperatury parametr h zapraw z dodatkiem PE3 zmienia się w małym zakresie, wykazując niezależnie od rodzaju cementu maksimum w temperaturze 10 C, a minimum w temperaturze 20 C. Z upływem czasu parametr g zapraw o w/c = 0,50 z 1% dodatkiem SNF2, PE1 i PE3 rośnie, a zakres tego wzrostu zwiększa się ze wzrostem temperatury. W temperaturze 30 C może on być nawet kilkakrotnie większy niż w temperaturze 10 C. Przykładowo, wzrost parametru g w czasie 50 min zaprawy z cementu СЕМ I z dodatkiem PE1 w temperaturze 10 C i 30 C wynosi odpowiednio 18,2 i 68,3 N mm. Wpływ temperatury na wzrost parametru g w czasie jest największy w przypadku zapraw z cementu СЕМ I i zapraw z dodatkiem SNF2, a najmniejszy w przypadku zapraw z cementu CEM III/A i zapraw z dodatkiem PE3. W przypadku zapraw z cementu CEM III/A z dodatkiem PE3 wpływ ten można uznać za pomijałny. Niezależnie od temperatury parametr h zapraw o w/c = 0,50 z 1% dodatkiem SNF2, PE1 i PE3 maleje z upływem czasu. Zakres zmniejszenia się parametru h w czasie nie zależy lub nieznacznie maleje wraz ze wzrostem temperatury. Zwiększenie dodatku superplastyfikatorów SNF2, PE1 i PE3 z 1% do 2% przy stałym stosunku w/c = 0,50 zmniejsza parametr g zapraw oraz zwiększa (PE1) lub zmniejsza (SNF2, PE3) ich parametr h (rys ). Jest godne podkreślenia, że wpływ zwiększenia dodatku superplastyfikatora jest niewielki w zaprawach o temperaturze 10 C i znacznie się zwiększa wraz ze wzrostem temperatury. Efekt ten jest szczególnie widoczny w przypadku zapraw z SNF2. Jak pokazują przedstawione w tabl. 6.7 i 6.8 analizy wariancji, wpływ temperatury na parametry reologiczne zapraw o stosunku w/c = 0,50 z 2% dodatkiem superplastyfikatora jest słabszy niż na parametry analogicznych zapraw z jego 1% dodatkiem. Temperatura nie wpływa znacząco na parametr g zapraw z 2% dodatkiem PE1 i PE3, natomiast parametr g zapraw z 2% dodatkiem SNF2 nieznacznie maleje ze wzrostem temperatury. Charakter zmian parametru h pod wpływem temperatury nie zależy od ilości dodanego superplastyfikatora. Parametr h zapraw z SNF2 i PE1 maleje ze wzrostem temperatury, natomiast parametr h zapraw z PE3 jest najmniejszy w temperaturze 20 C. W przypadku zapraw z 1% i 2% dodatkiem PE1 i PE3 zakres zmian parametru h pod wpływem temperatury jest zbliżony; zwiększa się natomiast wraz ze wzrostem dodatku SNF2. Charakter wpływu temperatury na zakres zmian parametrów g i h w czasie zapraw o stosunku w/c = 0,50 jest niezależny od ilości superplastyfikatora. Ze wzrostem ilości dodanego superplastyfikatora maleje natomiast intensywność tego wpływu. Na przykład, w temperaturze 20 C zmiany parametrów g i h w czasie zaprawy z cementu CEM I z 1% dodatkiem SNF2 wynoszą odpowiednio 98,0 N mm i -3,0N m m s, a analogicznej zaprawy z 2% dodatkiem SNF2 odpowiednio 8,2 N mm i -1,4 N mm s. Przedstawione w tabl. 6.9 analizy wariancji wpływu temperatury na parametry g i h zapraw o stosunku w/c = 0,40 z 2,5% dodatkiem SNF2, PE1 i PE3 wykazują że temperatura ma bardzo duży wpływ na ich właściwości reologiczne, a charakter tego wpływu zależy od rodzaju superplastyfikatora, rodzaju cementu oraz interakcji tych czynników. W przypadku zapraw o stosunku w/c = 0,40 z 2,5% dodatkiem superplastyfikatora, podobnie jak w przypadku zapraw o stosunku w/c = 0,50 i 1% dodatkiem superplastyfikatora, parametr g w temperaturze 10 C nie zależy od rodzaju superplastyfikatora i rodzaju cementu (rys ). Zwiększenie temperatury do 20 i 30 C powoduje wzrost parametru g zapraw z cementu CEM I z dodatkiem PE1 i PE3 oraz zapraw z dodatkiem SNF2. W przypadku

63 122 Wpływ temperatury na właściwości reologiczne zapraw... Wpływ temperatury na właściwości reologiczne zapraw zapraw z cementu СЕМ I z dodatkiem PE3 wzrost ten jest najmniejszy, a największy gdy dodawany jest SNF2 (parametr g zapraw z SNF2, PE1, PE3 zwiększa się w wyniku wzrostu temperatury z 10 do 30 C odpowiednio o 55, 20, 8 N mm). W przypadku zapraw z cementów CEM II/B-S i CEM III/A z dodatkiem PE1 i PE3 parametr g nie zmienia się lub maleje wraz ze wzrostem temperatury. Zakres zmian parametru h zapraw o stosunku w/c = 0,40 w wyniku zmian temperatury jest znacznie większy niż zapraw o stosunku w/c = 0,50. Wpływ temperatury na parametr h zapraw o stosunku w/c = 0,40 zależy głównie od rodzaju superplastyfikatora. Parametr h zapraw z PE3 i SNF2 jest, niezależnie od rodzaju cementu, największy w temperaturze 20 C. Zwraca przy tym uwagę fakt, że parametr h zapraw z PE3 jest zwykle najmniejszy w temperaturze 10 C, natomiast parametry h zapraw z SNF2 w temperaturze 10 i 30 C nie różnią się od siebie. Parametr h zapraw z PE1 maleje wraz ze wzrostem temperatury i w temperaturze 30 C może być nawet o 50% mniejszy niż w temperaturze 10 C. Zakres wzrostu parametru g w czasie zapraw o stosunku w/c = 0,40 z 2,5% dodatkiem SNF2, PE1 i PE3 zwiększa się wraz ze wzrostem temperatury w zależności od rodzaju cementu i superplastyfikatora. Wpływ temperatury na wzrost parametru g jest tym mniejszy, im większa jest zawartość żużla w cemencie. Przykładowo, w przypadku zapraw z cementów СЕМ I, CEM II/B-S i CEM III/A z dodatkiem PE1 wzrost parametru g w czasie w wyniku wzrostu temperatury z 10 do 30 C zwiększa się odpowiednio o 112,1; 29,3 i 6,1 N mm. Najmniejszym wpływem temperatury na zakres wzrostu parametru g w czasie charakteryzują się zaprawy z dodatkiem PE3, a następnie kolejno zaprawy z PE1 i SNF2. Przykładowo, zakres wzrostu w czasie parametru g zapraw z cementu CEM III/A z dodatkiem РЕЗ, PE1 i SNF2 w wyniku zwiększenia temperatury z 10 do 30 C zwiększa się odpowiednio o 3,4, 6,1 i 39,6 N mm. Zwraca przy tym uwagę, że przy początkowo zbliżonej wartości parametru g, wzrost parametru g w czasie zapraw o w/c = 0,40 z 2,5% dodatkiem superplastyfikatora zwykle jest mniejszy niż analogicznych zapraw o stosunku w/c = 0,50 z 1% dodatkiem tego superplastyfikatora. Temperatura wpływa znacznie na zmiany w czasie parametru h zapraw o stosunku w/c = 0,40, a charakter tego wpływu zależy od rodzaju superplastyfikatora. W zaprawach z SNF2 wzrost temperatury przyspiesza, a w zaprawach z PE3 spowalnia zmniejszanie się parametru h w czasie. Wzrost temperatury nie ma dużego wpływu na zakres zmian parametru h w czasie w przypadku zapraw z dodatkiem PE W p ływ tem p eratu ry na p aram etry reologiczne zapraw z cem en tów C E M I o różnych w łaściw ościach z dodatkiem superplastyfikatorów ^SN F, PC i PE ^ h-/> (/-> Wyniki badań wpływu temperatury na parametry reologiczne zapraw z cementów CEM I o różnej powierzchni właściwej i różnej zawartości C3A i Na2 0 e, o stosunku w/c = 0,55 z 2% dodatkiem SNF1 oraz o stosunku w/c = 0,45 z 2% dodatkiem PEl/b, PE3 i PC pokazano na rys Analizy wariancji wpływu temperatury, powierzchni właściwej cementu, zawartości C3A i zawartości Na2 0 e w cemencie oraz rodzaju superplastyfikatora przedstawiono w tabl W temperaturze 10 C parametr g zapraw z dodatkiem SNF1 nie zależy od zawartości C3A w cemencie (rys. 6.4). Zmiany parametru g tych zapraw w wyniku wzrostu temperatury są jednak ściśle związane z zawartością C3A w cemencie. Parametr g zapraw z cementu zawierającego 2% C3A maleje, a zapraw z cementów zawierających 7% i 12% C3A rośnie wraz ze wzrostem temperatury. Zakres tego wzrostu jest tym większy, im więcej C3A zawiera cement. Parametr h zapraw z dodatkiem SNF1 jest zawsze, niezależnie od zawartości C3A w cemencie, najmniejszy w temperaturze 10 C. Zaprawy z cementów o zawartości 2% i 7% C3A mają największy parametr h w temperaturze 20 C, natomiast zaprawa z cementu o zawartości 12% C3A w temperaturze 30 C. Zakres zmian parametru g w czasie zapraw z cementu zawierającego 2% C3A z dodatkiem SNF1 nie zależy od temperatury. Jednocześnie zakres wzrostu w czasie parametru g zapraw z cementów zawierających 7% i 12% C3A zwiększa się wraz z podniesieniem temperatury, tym bardziej im więcej C3A zawiera cement. Temperatura wpływa na kierunek zmian parametru h w czasie zapraw z dodatkiem SNF1. Parametr h zapraw w temperaturze 10 C wzrasta, w temperaturze 20 C nie zmienia się lub maleje (zaprawa z cementu o 12% zawartości C3A), a w temperaturze 30 C maleje w czasie. Zakres tych zmian zależy od zawartości C3A w cemencie, nie wykazując jednak jednoznacznych tendencji. Parametr g zaprawy z cementu zawierającego 0,7% Na2 0 e z dodatkiem SNF1 nie zależy od temperatury, wzrost temperatury zwiększa natomiast parametr g zapraw z cementów zawierających 0,3 i 1,1% Na2 0 e. Wzrost temperatury pogłębia zatem charakter wpływu zawartości Na2 0 e w cemencie na parametr g zapraw z dodatkiem SNF. Niekorzystny wpływ małej zawartości Na2 0 e w cemencie na parametr g zapraw z dodatkiem SNF utrzymuje się bez względu na temperaturę.

64 124 Wpływ temperatury na właściwości reologiczne zapraw. Wpływ temperatury na właściwości reologiczne zapraw. 125 TEMPERATURA, C TEMPERATURA, C W temperaturze 10 C największy parametr h ma zaprawa z cementu zawierającego 0,3% Na2 0 e. Parametr h tej zaprawy maleje ze wzrostem temperatury. Parametr h zapraw z cementów o 0,7 i 1,1% zawartości Na2 0 e zwiększa się w temperaturze 20 C; dalszy wzrost temperatury nie wpływa na parametr h tych zapraw. W konsekwencji, w normalnej i wysokiej temperaturze zaprawy z cementu zawierającego 0,7% Na2Oe mają największy parametr h. Wzrost temperatury zapraw z cementów zawierających 0,7% i 1,1% Na2Oe z dodatkiem SNF1 nie wpływa na zakres wzrostu parametru g w czasie, zwiększając go w przypadku zapraw z cementu zawierającego 0,3% Na2 0 e. Kierunek zmian parametru h w czasie zmienia się zależnie od temperatury. Parametr h zapraw w temperaturze 10 C wzrasta w czasie, a zakres tego wzrostu jest najmniejszy dla g po 10 min -CEM I; CsA-2% - -CEM I; C3A - 7% - -CEM I; C3A - 12%- g po 60 min -CEM I; CsA-2% - CEM I; C3A - 7% -CEM I; C3A - 12% h po 10 min -CEM I; C3A - 2% - -CEM I; C3A- 7% - -CEM I; C3A - 12%- h po 60 min -CEM I; CsA-2% -CEM I; CsA-7% -CEM I; C3A -12% zaprawy z cementu zawierającego 0,3% Na2 0 e. W wyższych temperaturach parametr h zapraw maleje w czasie, a zakres tego spadku jest także największy dla zapraw z cementu zawierającego 0,3% Na2 0 e. Rys Wpływ temperatury na parametry reologiczne zapraw z cementów CEM I o różnej zawartości C3A i z dodatkiem superplastyfikatora SNF1 Fig The effect of temperature on rheological parameters of mortars with CEM I type cements different in C3A content and with SNF1 superpiasticizer Jak wykazują analizy wariancji przedstawione w tabl , charakter wpływu temperatury na parametry g i h zapraw z superplastyfikatorami PE i PC zależy od rodzaju superplastyfikatora, powierzchni właściwej cementu, zawartości C3A oraz Na2 0 e w cemencie. Wpływ temperatury na parametry reologiczne zapraw z dodatkiem PE i PC jest tym większy, im większa jest powierzchnia właściwa cementu. W temperaturze 10 C parametr g zapraw z cementu powierzchni właściwej 320 m2/kg jest wyraźnie większy od parametru g zapraw z cementów o powierzchniach właściwych 370 i 420 m2/kg. Ze wzrostem temperatury parametr g zapraw z cementu o powierzchni właściwej 320 m2/kg nieznacznie maleje, natomiast zapraw z cementów o powierzchni właściwej 370 i 420 m2/kg zwiększa się. Łączny wpływ temperatury i powierzchni właściwej cementu na parametr g jest największy w przypadku zapraw z dodatkiem PEl/b. Charakter i zakres zmian parametru h zapraw z dodatkiem PEl/b i PE3 pod wpływem g po 10 rnin -CEM I; Na2Oe - 0,3% -CEM I; Na2Oe - 0,7% -CEM I; Na2Oe -1,1% TEMPERATURA, C g po 60 min -CEM I; Na2Oe - 0,3% -CEM I; Na2Oe - 0,7% -CEM I; Na2Oe- 1,1% h po 10 min -CEM I; Na20 e-0,3% -CEM I; Na2Oe - 0,7% -CEM I; Na2O0-1,1% TEMPERATURA, C h po 60 min CEM I; Na2Oe - 0,3% CEM I; Na2Oe - 0,7% CEM I; Na2Oe- 1,1% Rys Wpływ temperatury na parametry reologiczne zapraw z cementów CEM I o różnej zawartości Na2Oe i z dodatkiem superplastyfikatora SNF1 Fig The effect of temperature on rheological properties of mortars with CEM I type cements different in Na2Oe content and with SNF1 superpiasticizer temperatury w niewielkim stopniu zależą od powierzchni właściwej cementu. Parametr h zapraw z dodatkiem PEl/b zawsze maleje ze wzrostem temperatury, natomiast zapraw z dodatkiem PE3 zawsze jest największy w temperaturze 20 C. W przypadku zapraw z cementu o powierzchni właściwej 320 m2/kg i dodatkiem PC parametr h maleje, a zapraw z cementów o powierzchni właściwej 370 i 420 m2/kg rośnie wraz ze wzrostem temperatury. Zwraca przy tym uwagę fakt bardzo silnego wpływu powierzchni właściwej cementu na parametr h zapraw z dodatkiem PC w temperaturze 10 C i niemal jego brak w wyższych temperaturach.

65 126 Wpływ temperatury na właściwości reologiczne zapraw... Wpływ temperatury na właściwości reologiczne zapraw д po 10 min TEMPERATURA, C g po 60 min - -С Е М I; Swc-320 m2/kg O-CEM I; S c-320 m2/kg -A -C E M I; Swc-370 m2/kg Л-СЕМ I; Swc-370 m2/kg -» -С Е М I; Swc-420 m2/kg O-CEM I; S c-420 m2/kg h po 10 min TEMPERATURA, C h po 60 min -C E M I; Swc-320 m2/kg -O -CEM I; Swc-320 m2/kg A CEM i; SWc-370 m2/kg ń CEM I; Swc-370 m2/kg - - C E M I; Swc-420 m2/kg -O -CEM I; S c-420 m2/kg g po 10 min TEMPERATURA, C g po 60 min СЕМ I; C3A - 2% О-СЕМ I; C3A - 2% -A -C E M I; С за -7% л СЕМ I; СзА - 7% СЕМ I; С за -12% -O -C E M I; С3А -12% h po 10 min TEMPERATURA, C h po 60 min СЕМ I; СэА - 2% -O -C E M I; СзА - 2% - А - СЕМ I; СзА - 7% ** СЕМ I; СзА - 7% -» - С Е М I; С за -12% -O -C E M I; СзА -12% Rys Wpływ temperatury na parametry reologiczne zapraw z cementów CEM I o różnej powierzchni właściwej Swc i z dodatkiem superplastyfikatorów PC i PE Fig The effect of temperature on rheological properties of mortars with CEM 1 type cements different in specific surface Swc and with PC and PE superplasticizers Rys Wpływ temperatury na parametry reologiczne zapraw z cementów СЕМ 1 o różnej zawartości C3A i z dodatkiem superplastyfikatorów PC i PE Fig The effect of temperature on rheological properties of mortars with CEM 1 type cements different in C3A content and with PC and PE superplasticizers

66 128 Wpływ temperatury na właściwości reologiczne zapraw. Wpływ temperatury na właściwości reologiczne zapraw Tablica 6.10 ANOVA badania czynnikowego wpływu temperatury, powierzchni właściwej S c cementu i rodzaju superplastyfikatora na parametry reologiczne zapraw cementowych o w/c = 0,45 i z 2% dodatkiem superplastyfikatora Parametr g po 10 min Parametr h po 10 min Parametr g po 60 min Parametr po 60 min Źródło wariancji Wartość Poziom Wartość Poziom Wartość Poziom Wartość Poziom F istotności F istotności F istotności F istotności A: Temperatura 40,974 0,007 0,620 0, ,769 0,001 22,600 0,016 B: Pow. wł. 155,093 0,001 35,892 0, ,552 0, ,787 0,001 cementu Swc C: Rodzaj SP 156,911 0, ,961 0, ,349 0, ,864 0,000 AB 96,373 0,002 18,353 0, ,001 4,637 0,119 AC 18,296 0,019 25,041 0,012 22,645 0,014 14, BC 8,634 0,054 12,601 0,032 13,229 0,030 24,175 0,013 ABC 5,938 0,085 22,600 0,013 9,743 0,044 8,695 0,051 Tablica 6.11 ANOVA badania czynnikowego wpływu temperatury, zawartości C3A w cemencie i rodzaju superplastyfikatora na parametry reologiczne zapraw cementowych o w/c = 0,45 i z 2% dodatkiem superplastyfikatora Parametr po 10 min Parametr po 10 min Parametr g po 60 min Parametr po 60 min Źródło wariancji Wartość Poziom Wartość Poziom Wartość Poziom Wartość Poziom F istotności F istotności F istotności F istotności A: Temperatura 24,150 0, ,173 0, ,935 0, ,275 0,000 B: Ilość C3A w cemencie 1047,194 0,000 7,807 0, ,14 0, ,419 0,000 C: Rodzaj SP 280,261 0, ,199 0, ,173 0, ,246 0,000 AB 188, ,942 0, ,378 0,000 29,718 0,010 AC 12,524 0,032 63,642 0, ,279 0, ,619 0,001 BC 31,424 0,009 61,961 0, ,411 0, ,769 0,001 ABC 17,273 0,020 7,261 0,065 91,706 0,001 19,308 0,017 д po 10 min TEMPERATURA, C д po 60 min СЕМ I; Na20e-0,3% -o -C E M I; Na20 e-0,3% * СЕМ I; Na2Oe - 0,7% & СЕМ I; Na2Oe - 0,7% -* -C E M I; Na2Oe- 1,1% -O -C E M I; Na2Oe- 1,1% h po 10 min TEMPERATURA, C h po 60 min СЕМ I; N a20 e - 0,3% -o -C E M I; N a2o e - 0,3% Ł-CEM I; N a2o e - 0,7% & СЕМ I; N a20 e - 0,7% - - С Е М I; N a2o e - 1,1% -O -C E M I; N a20 e - 1,1% Tablica 6.12 ANOVA badania czynnikowego wpływu temperatury, zawartości Na2Ot w cemencie i rodzaju superplastyfikatora na parametry reologiczne zapraw cementowych o w/c = 0,45 i z 2% dodatkiem superplastyfikatora Parametr po 10 min Parametr po 10 min Parametr g po 60 min Parametr h po 60 min Źródło wariancji Wartość Poziom Wartość Poziom Wartość Poziom Wartość Poziom F istotności F istotności F istotności F istotności A: Temperatura 28,752 0,011 99,676 0,002 37,932 0,007 29,256 0,011 B: Ilość Na2Oe 241,391 0,000 65,273 0,003 65,076 0,003 44,962 0,006 w cemencie C: Rodzaj SP 60,593 0, , ,126 0, ,808 0,000 AB 40,664 0,006 0,509 0,739 19,152 0,016 2,438 0,245 AC ,117 52,889 0,004 8,556 0,054 9,727 0,046 BC 26,336 0,011 37,294 0,007 22,841 0,140 19,497 0,017 ABC 3,913 0,145 1,016 0,552 2,706 0,222 3,521 0,164 Rys Wpływ temperatury na parametry reologiczne zapraw z cementów OEM I o różnej zawartości Na2Oe i z dodatkiem superplastyfikatorów PC i PE Fig The effect of temperature on rheological properties of mortars with CEM I type cements different in Na2Oe content and with PC and PE superplasticizers

67 130 Wpływ temperatury na właściwości reologiczne zapraw... W temperaturze 10 C powierzchnia właściwa cementu nie wpływa na zakres zmian parametru g w czasie zapraw z dodatkiem PE i PC. Wzrost temperatury nie wpływa również na zakres zmian parametru g w czasie zapraw z cementu o powierzchni właściwej 320 m2/kg. W przypadku zapraw z cementu o powierzchni właściwej 370 m2/kg zakres zmian parametru g w czasie jest największy w temperaturze 20 C, natomiast zapraw z cementu o powierzchni właściwej 420 m2/kg zwiększa się on ze wzrostem temperatury. Rodzaj superplastyfikatora nie wpływa na charakter tych zmian, wpływając przy tym jednak na ich zakres; jest on największy w przypadku zapraw z dodatkiem PEl/b, a najmniejszy w przypadku zapraw z dodatkiem PE3. Temperatura w niewielkim stopniu wpływa na zakres zmian parametru h w czasie zapraw z cementów o różnej powierzchni właściwej i dodatkiem PE i PC. Tylko w przypadku zaprawy z cementu o powierzchni właściwej 420 m2/kg z dodatkiem PC zakres zmniejszenia parametru h w czasie jest nieznacznie większy w temperaturze 30 C. W temperaturze 10 C zawartość C3A w cemencie w niewielkim stopniu wpływa na parametry reologiczne zaprawy (rys. 6.7). W wyższych temperaturach parametr g zapraw z dodatkiem PC i PE rośnie proporcjonalnie do wzrastającej zawartości C3A w cemencie. Trzeba podkreślić, że parametr g zapraw z cementu zawierającego 2% C3A i dodatkiem PE może być w temperaturze 10 C większy niż zapraw z cementów bogatszych w C3A. Wraz ze wzrostem temperatury parametr g zapraw z cementu zawierającego 2% C3A maleje. Spadek ten jest największy w przypadku zapraw z dodatkiem PE3. W przypadku zapraw z cementu zawierającego 7% C3A, zmiany parametru g pod wpływem temperatury zależą od rodzaju superplastyfikatora. Parametr g zaprawy z dodatkiem PEl/b wzrasta wraz ze wzrostem temperatury, a zapraw z dodatkiem PE3 i PC nie zmienia się. Parametr g zapraw z cementu zawierającego 12% C3A rośnie wraz ze wzrostem temperatury; wzrost ten jest największy dla zapraw z PEl/b, a najmniejszy dla zapraw z PC. Charakter wpływu temperatury na parametr h zapraw zależy od zawartości C3A w cemencie i rodzaju superplastyfikatora; zmiany te nie mają jednak jednoznacznych tendencji. Parametr h zapraw z cementów o 2 i 12% zawartości C3A i dodatkiem PEl/b wzrasta, a z cementu o 7% zawartości C3A maleje ze wzrostem temperatury. Parametr h zapraw z dodatkiem PE3 początkowo wzrasta, a następnie maleje ze wzrostem temperatury; zakres tych zmian nie zależy jednak od zawartości C3A. Parametr h zapraw z dodatkiem PC w temperaturze 10 C jest tym większy, im większa jest zawartość C3A w cemencie. Wzrost temperatury tych zapraw powoduje wzrost parametru h, który jest znacznie większy dla zapraw z cementami o 2 i 7% C3A. Taki charakter zmian powoduje, że duże różnice wartości Wpływ temperatury na właściwości reologiczne zapraw. 131 parametrów h zapraw z cementów o różnej zawartości C3A i z dodatkiem PC w temperaturze 10 C zanikają ze wzrostem temperatury. Charakter wpływu temperatury na zmiany parametru g w czasie zapraw z dodatkiem PC i PE zmienia się zależnie od zawartości C3A w cemencie, a w mniejszym stopniu z rodzajem superplastyfikatora. Zakres zmian parametru g w czasie zapraw z cementu o 2% zawartości C3A jest mały i nie zależy od temperatury. Zakres wzrostu parametru g w czasie zapraw z cementu zawierającego 7% C3A, niezależnie od rodzaju superplastyfikatora, jest największy w temperaturze 20 C. W temperaturach 10 i 30 C zmiany parametru g w czasie tych zapraw są pomijalne. Wpływ temperatury na zakres wzrostu parametru g w czasie jest najsilniejszy w zaprawach z cementów zawierających 12% C3A. W przypadku zaprawy z dodatkiem PEl/b rośnie on ze wzrostem temperatury, natomiast zapraw z dodatkiem PE3 i PC jest on największy w temperaturze 20 C. Należy przy tym zaznaczyć, że w temperaturze 30 C zakres wzrostu g w czasie tych zapraw jest znacznie większy niż w temperaturze 10 C. Zmiany parametru h w czasie zapraw z cementów o różnej zawartości C3A z dodatkiem PEl/b i PE3 nie zależą od temperatury. W przypadku zapraw z dodatkiem PC zakres zmian parametru h zmienia się zależnie od ilości C3A w cemencie i temperatury, nie wykazując jednak przy tym jednoznacznych tendencji. Zawartość Na2 0 e w cemencie wpływa na charakter i zakres zmian parametru g zapraw z dodatkiem PC i PE pod wpływem temperatury. Temperatura wpływa na parametr g zapraw z dodatkiem PC i PE tym silniej, im większa jest zawartość Na2 0 e w cemencie (rys. 6.8, tabl. 6.12). Parametr g tych zapraw w temperaturze 10 C praktycznie nie zależy od zawartości Na2 0 e w cemencie. Wpływ zawartości Na2 0 e w cemencie na parametr g ujawnia się natomiast w wyższych temperaturach, a jego charakter zależy od rodzaju superplastyfikatora. W przypadku zapraw z dodatkiem PC parametr g maleje (cement zawierający 0,3% Na2 0 e), nie zmienia się (cement zawierający 0,7% Na2Oe) lub rośnie (cement zawierający 1,1% Na2 0 e), a zapraw z dodatkiem PE3 maleje (cement zawierający 0,3% Na2 0 e) lub rośnie (cementy zawierające 0,7% i 1,1% Na2 0 e) ze wzrostem temperatury. W przypadku zapraw z dodatkiem PEl/b parametr g rośnie ze wzrostem temperatury od 10 do 20 C, ale zakres tego wzrostu nie zależy od zawartości Na2Oe w cemencie. Dalszy wzrost temperatury powoduje, że parametr g zapraw z cementu o 0,3% zawartości Na2Oe maleje, 0,7% zawartości Na2Oe nie zmienia się, a 1, 1 % zawartości Na2 0 e zwiększa się. Zawartość Na2 0 e w cemencie nie wpływa znacząco na zmiany parametru h.

68 132 Wpływ temperatury na właściwości reologiczne zapraw. Wpływ temperatury na właściwości reologiczne zapraw Zakres zmian parametrów g i h w czasie zapraw w temperaturze 20 i 30 C wzrasta wraz ze wzrostem Na2 0 e w cemencie P odsu m ow anie Przedstawione badania ujawniają, że charakter wpływu temperatury na właściwości reologiczne zapraw zależy od rodzaju i ilości dodanego superplastyfikatora, stosunku w/c oraz od rodzaju cementu, jego powierzchni właściwej i zawartości C3A i Na2Oe w cemencie. Na podstawie uzyskanych wyników można stwierdzić, że wpływ temperatury na parametry reologiczne zapraw z superplastyfikatorami maleje wraz ze zwiększeniem stosunku w/c, zwiększeniem dodatku superplastyfikatora, zmniejszeniem powierzchni właściwej cementu, zmniejszeniem zawartości C3A i Na2Oe w cemencie, zwiększeniem ilości dodatku żużla. Wpływ temperatury również zmniejsza się, gdy stosowane są superplastyfikatory PC i PE o większej masie cząsteczkowej i dłuższych łańcuchach głównych i bocznych. Charakter wpływu temperatury na parametry reologiczne zapraw nie zależy od ilości dodanego superplastyfikatora PE, natomiast ze zwiększaniem ilości dodanego superplastyfikatora PE maleje intensywność wpływu temperatury. W temperaturze 10 C właściwości reologiczne zapraw z superplastyfikatorami początkowo w mniejszym stopniu zależą od rodzaju cementu, jego powierzchni właściwej oraz zawartości C3A i Na2Oe w cemencie. Intensywność wpływu tych czynników na reologiczne efekty działania superplastyfikatora zwiększa się wraz ze zwiększaniem temperatury, ale charakter ich wpływu w temperaturze 20 i 30 C jest podobny. Zachodzące pod wpływem temperatury zmiany właściwości Teologicznych zapraw z superplastyfikatorami o większym stosunku w/c są głównie wynikiem zmian parametru g. W takim przypadku zmiany parametru h pod wpływem temperatury są małe i mają znaczenie drugorzędne. W przypadku zapraw o zmniejszonym stosunku w/c zmiany ich właściwości Teologicznych zachodzące pod wpływem temperatury wynikają z jednocześnie zachodzących dużych zmian obu parametrów reologicznych. Wpływ superplastyfikatora na parametry reologiczne zapraw z cementów zawierających 2% C3A, z cementów o powierzchni właściwej 320 m2/kg oraz z cementów z dodatkiem żużla w małym stopniu zależy od temperatury. Wpływ superplastyfikatora na parametry reologiczne zapraw z cementów o większej zawartości C3A i większej powierzchni właściwej zmienia się bardzo wyraźnie w zależności od temperatury. Ogólnie, wraz ze wzrostem temperatury do 30 C parametr g takich zapraw rośnie, zwiększa się również zakres wzrostu parametru g w czasie. Należy zwrócić jednak uwagę, że zaprawy z cementów o mniejszej aktywności z dodatkiem PC i PE, których polimery mają dłuższe łańcuchy boczne, mogą wykazywać maksimum parametru g i największy zakres jego zmian w czasie w temperaturze 20 C. Charakter i zakres wpływu temperatury na parametr h zapraw z superplastyfikatorami i jego zmiany w czasie zależą przede wszystkim od rodzaju superplastyfikatora, a następnie w wyraźnie mniejszym stopniu od powierzchni właściwej cementu, zawartości C3A w cemencie oraz stosunku w/c i nie wykazują jednoznacznych tendencji. Analiza danych literaturowych, dotyczących wpływu temperatury na mechanizm działania superplastyfikatorów, pozwala na stwierdzenie, że ujawniony w badaniach charakter wpływu wzrastającej temperatury na parametry reologiczne zapraw z superplastyfikatorami tłumaczyć można jednoczesnym występowaniem następujących efektów: przyspieszeniem procesu hydratacji cementu oraz zwiększeniem stopnia adsorpcji superplastyfikatorów na ziarnach cementu i produktach jego hydratacji (np. Jolicoeur et al. [102], Nawa et ał. [136]). W przypadku stosowania cementów o małej powierzchni właściwej, małej zawartości C3A lub z dodatkami mineralnymi, a więc o mniejszej aktywności chemicznej, duża ilość superplastyfikatora pozostaje w roztworze i jest on zużywany powoli. W takich przypadkach wpływ temperatur)' na właściwości reologiczne zaprawy jest mniej intensywny, gdyż wzrost temperatury nie powoduje na tyle dużego zwiększenia tempa procesu hydratacji, który przeważyłby zwiększoną adsorpcję superplastyfikatora. W efekcie, jak to ukazują uzyskane wyniki, parametr g zapraw z takimi cementami oraz zakres jego zmian w czasie są niezależne od temperatury, a w pewnych przypadkach nawet maleją z jej wzrostem. Towarzyszące temu stosunkowo niewielkie zmiany parametru h wynikają prawdopodobnie ze zmian ilości wolnego superplastyfikatora w zaczynie i rodzaju powstałych produktów hydratacji. Wpływ temperatury na parametry reologiczne zwiększa się wraz ze wzrostem aktywności cementu. Przy dużej zawartości C3A w cemencie i dużej powierzchni właściwej cementu szybkość procesu hydratacji cementu w wyższych temperaturach przeważa nad efektem zwiększonej adsorpcji superplastyfikatora. W takich przypadkach, zwłaszcza jeśli ilość wody wolnej w mieszance jest mała, ilość wolnego superplastyfikatora w roztworze jest mała lub gdy stosowane są superplastyfikatory PC i PE o mniejszej masie cząsteczkowej i krótszych łańcuchach bocznych, parametr g zapraw zwiększa się w wyniku wzrostu temperatury, zwiększa się również zakres wzrostu parametru g w czasie. Równocześnie, zależnie od rodzaju cementu i superplastyfikatora, wzrost temperatury powoduje zmniejszenie lub zwiększenie parametru h oraz nie wpływa znacząco lub zwiększa zakres zmian parametru h w czasie.

69 134 Wpływ temperatury na właściwości reologiczne zapraw... Na podstawie przeprowadzonych badań można stwierdzić, że zaprawy z dodatkiem PC i PE wykazują maksimum parametru g w różnych temperaturach w zależności od aktywności cementu. Im bardziej aktywny jest cement, tym to maksimum pojawia się w wyższej temperaturze. W przypadku zapraw z cementów o małej zawartości C3A maksimum to występuje w temperaturze C, z cementów o zawartości C3A na poziomie 7% w temperaturze C, a z cementów o dużej zawartości C3A w temperaturze większej od 25 C. Przedział ten może się zmieniać w zależności od rodzaju superplastyfikatora, a dokładniej masy cząsteczkowej i długości łańcuchów bocznych polimerów w nim zawartych. Zaadsorbowane polimery superplastyfikatorów PE i PC z upływem czasu są zakrywane produktami hydratacji, co powoduje stopniowe zmniejszenie ich wpływu na reologię zapraw. Jest prawdopodobne, że im dłuższe są łańcuchy boczne polimerów zawartych w tych superplastyfikatorach, tym proces hydratacji cementu w mniejszym stopniu wpływa na efekt steryczny. Gdy wzrost temperatury powoduje przyspieszenie procesu hydratacji, długość łańcuchów bocznych superplastyfikatora nabiera jeszcze większego znaczenia. Parametry reologiczne zapraw z superplastyfikatorami PC i PE, zawierającymi polimery o dłuższych łańcuchach bocznych, są mniej podatne na wpływ temperatury. Taki mechanizm jest zgodny z wynikami badań własnych, które wykazują że zakres zmian parametrów gi/iw wyniku wzrostu temperatury oraz wpływ temperatury na zmiany parametrów g i h w czasie tych zapraw maleje ze wzrostem długości łańcuchów bocznych polimerów zawartych w superplastyfikatorze. Należy przy tym zaznaczyć, że gdy stosowane są cementy o dużej zawartości Na2 0 e, w wyniku opisanych przez Uchikawę [196] zmian konformacji polimerów zawartych w superplastyfikatorach PC i PE, maleje zasięg bariery sterycznej. Tłumaczyć to może obserwowany w badaniach własnych większy wpływ temperatury na parametry reologiczne zapraw z cementów o dużej zawartości Na2 0 e z dodatkiem superplastyfikatorów PC i PE. ROZDZIAŁ 7 PODSUM OW ANIE I W NIOSKI KOŃCOW E Wpływ superplastyfikatorów na właściwości reologiczne mieszanek na spoiwie cementowym, czyli zapraw i mieszanek betonowych, zależy od wielu zmiennych czynników technologicznych, obejmujących skład mieszanki, charakterystyki materiałowe jej składników oraz metody i warunki technologiczne jej wykonania. Taka mnogość czynników przy jednoczesnej złożoności ich wpływu powoduje, że zasadniczego znaczenia, zarówno ze względów poznawczych, jak i aplikacyjnych, nabiera stworzenie możliwie pełnej i usystematyzowanej bazy danych, dotyczącej wpływu superplastyfikatorów na właściwości reologiczne mieszanek w układzie zmiennych czynników technologicznych. W niniejszej pracy wpływ superplastyfikatorów na właściwości reologiczne mieszanek charakteryzowano poprzez zmiany parametrów Teologicznych modelu Binghama, a mianowicie granicy płynięcia x0 (parametr g) i lepkości plastycznej 1^ 1 (parametr h). Takie podejście przyczynia się do lepszego zrozumienia Teologicznych efektów działania superplastyfikatorów, a w konsekwencji do bardziej skutecznego ich stosowania. Jego interpretację technologiczną podano w rozdziale 1 niniejszej pracy. Wykonane przez autora i przedstawione w niniejszej pracy systematyczne badania zaplanowano w sposób umożliwiający statystyczną analizę i hierarchizację wpływu poszczególnych czynników na reologiczne efekty działania superplastyfikatorów. Badania te ujawniają nowe informacje, pozwalające wyjaśnić wpływ powierzchni właściwej cementu, zawartości C3A, Na2Oe i SO3 w cemencie na reologiczne efekty działania superplastyfikatorów SNF, SMF, PC i PE. Ze względu na złożony wpływ składu cementu ważnym osiągnięciem pracy jest sformułowanie zależności matematycznych, opisujących w szerokim zakresie zmienności związki pomiędzy powierzchnią właściwą cementu oraz zawartością C3A, Na2 0 e i SO3 w cemencie a parametrami Teologicznymi zapraw o różnych stosunkach w/c bez i z dodatkiem superplastyfikatorów SNF, PC i PE. Badania wykonane w pracy dostarczają ponadto wielu nowych danych o wpływie najczęściej stosowanych dodatków mineralnych oraz wpływie temperatury na efekty działania superplastyfikatorów SNF, PC i PE i na parametry reologiczne mieszanek z tymi superplastyfikatorami.

70 136 Podsumowanie i wnioski końcowe Podsumowanie i wnioski końcowe 137 Do osiągnięć pracy należy również zaliczyć analityczne i doświadczalne potwierdzenie reologicznego podobieństwa zapraw i mieszanek betonowych. Wykazano, że pomiędzy parametrami Teologicznymi zapraw i mieszanek betonowych istnieje związek, który może być wyrażony w postaci zależności matematycznych. Zmiany parametrów Teologicznych mieszanek betonowych mogą być zatem zarówno jakościowo, jak i ilościowo prognozowane na podstawie znacznie łatwiejszych do wykonania badań zmian parametrów Teologicznych zapraw. Stwierdzenie to jest szczególnie ważne w badaniach wpływu domieszek chemicznych i dodatków mineralnych na właściwości reologiczne mieszanek oraz kompatybilności cementu i superplastyfikatora. W związku z tym w niniejszej pracy badania efektów działania superplastyfikatorów wykonano na zaprawach, a wnioski z tych badań odnoszą się również do mieszanek betonowych. Przedstawione w pracy badania pozwalają na sformułowanie wielu szczegółowych wniosków, dotyczących Teologicznych efektów działania superplastyfikatorów i kształtowania nimi parametrów Teologicznych zapraw i mieszanek betonowych. Uwzględniają one wpływ właściwości cementu, dodatków mineralnych oraz temperatury. Wnioski te podzielono na kilka grup ze względu na badany czynnik zmian. I. Wpływ superplastyfikatorów SM F, SN F, P C i P E na parametry reologiczne zapraw z cementów o różnych właściwościach fizykochemicznych 1. Stwierdzono, że ze względu na właściwości cementu wpływ superplastyfikatora na parametry reologiczne zapraw zależy głównie od zawartości C3A w cemencie, a następnie kolejno od powierzchni właściwej cementu, zawartości Na2 0 e w cemencie oraz od interakcji tych czynników. W badanym zakresie zmienności właściwości cementu nie stwierdzono znaczącego wpływu zmiennej zawartości SO3 w cemencie (2,5-3,5%) na właściwości reologiczne zapraw i efekty działania superplastyfikatorów. 2. Przy określonym dodatku superplastyfikatora, w wyniku zwiększonej zawartości C3A w cemencie wzrasta granica płynięcia x0 (g) i lepkość plastyczna r p] (h) zapraw. Ze wzrostem zawartości C3A w cemencie efekty działania superplastyfikatora szybciej zanikają z upływem czasu, co skutkuje większymi zmianami obu parametrów Teologicznych w czasie, a zwłaszcza znaczącym wzrostem granicy płynięcia x0 (g). Intensywność wpływu zawartości C3A w cemencie na efekty działania superplastyfikatorów jest tym większa, im większa jest powierzchnia właściwa cementu. 3. Stosując cementy o większej zawartości C3A, łatwiej uzyskać stabilność upłynnionej mieszanki o małym stosunku w/c, co jest bardzo ważne w przypadku wykonywania mieszanek samozagęszczalnych. 4. Charakter wpływu powierzchni właściwej cementu na parametry reologiczne zapraw z superplastyfikatorami zależy od zawartości C3A w cemencie. Przy określonym dodatku superplastyfikatora zwiększenie powierzchni właściwej cementów o małej zawartości C3A nie zmienia lub nieznacznie zmniejsza, natomiast cementów o większej zawartości C3A zwiększa granicę płynięcia t 0 (g) zapraw. Lepkość plastyczna t pi (h) tych zapraw zmniejsza się wraz ze wzrostem powierzchni właściwej cementu. Ze wzrostem powierzchni właściwej cementu efekty działania superplastyfikatora szybciej zanikają z upływem czasu. 5. Zawartość Na2 0 e w cemencie wpływa znacząco na reologiczne efekty działania superplastyfikatorów. W przypadku superplastyfikatorów SNF i SMF najlepsze efekty upłynnienia uzyskuje się dla zapraw z cementów zawierających 0,7% Na2 0 e. Takie zaprawy, w stosunku do zapraw z cementów o mniejszej lub większej zawartości Na2 0 e, charakteryzują się mniejszą granicą płynięcia x0 (g) oraz mniejszym wzrostem granicy płynięcia x0 (g) z upływem czasu. W przypadku superplastyfikatorów PC i PE efekty upłynnienia zapraw są tym większe, im mniejsza jest zawartość Na2 0 e w cemencie. Przy stałej ilości superplastyfikatora PC lub PE ze wzrostem zawartości Na2 0 e w cemencie znacznie zwiększa się granica płynięcia x0 (g) zapraw, czemu towarzyszy zmniejszenie się ich lepkości plastycznej r pi (/?). Znacznemu zwiększeniu ulega również zakres zmian obu parametrów Teologicznych z upływem czasu. Wpływ zawartości Na2Oe w cemencie na parametry reologiczne zapraw jest tym większy, im więcej C3A zawiera cement oraz im większa jest długość łańcuchów bocznych polimerów zawartych w zastosowanym do jej upłynnienia superplastyfikatorze. 6. Opracowane na podstawie analizy uzyskanych w badaniach zależności modele matematyczne opisują wpływ powierzchni właściwej cementu, zawartości C3A, Na2 0 e i SO3 w cemencie na parametry reologiczne zapraw o różnym stosunku w/c z dodatkiem superplastyfikatorów SNF, SMF, PC i PE. Modele te charakteryzują się wysokimi estymatorami dopasowania i istotności, a dobra zgodność wartości parametrów Teologicznych obliczonych na podstawie modeli i zmierzonych doświadczalnie została zweryfikowana w badaniach kontrolnych. 7. Szeroki zakres przestrzeni czynnikowej, w której zostały zbudowane modele, stanowi o możliwości i dużej użyteczności ich stosowania zarówno do oceny kompatybilności cementu i superplastyfikatora, jak i do przewidywania i kształtowania parametrów Teologicznych zapraw i mieszanek betonowych.

71 138 Podsumowanie i wnioski końcowe Podsumowanie i wnioski końcowe 139 II. Wpływ superplastyfikatorów P C i P E na parametry reologiezne zapraw z dodatkami mineralnymi 1. Wyniki badań ujawniają, że reologiezne efekty działania superplastyfikatorów PC i PE na zaprawy cementowe i na zaprawy, w których część cementu zastąpiono zmielonym granulowanym żużlem wielkopiecowym, popiołem lotnym lub pyłem krzemionkowym, znacznie się różnią. Na podstawie uzyskanych wyników można stwierdzić, że wpływ superplastyfikatorów PC i PE na parametry reologiezne zapraw zależy nie tylko od właściwości superplastyfikatora, zawartości C3A i Na2 0 e w cemencie, ale również od rodzaju i ilość dodatku mineralnego. 2. Badania wykazują że stosowanie dodatków mineralnych do zapraw z cementów o dużej zawartości C3A i Na2 0 e z superplastyfikatorami PC i PE prowadzi do zmniejszenia granicy płynięcia x0 (g) oraz do znacznego zmniejszenia wzrostu granicy płynięcia x0 (g) z upływem czasu. W przypadku analogicznych zapraw z cementów o małej zawartości C3A i Na2 0 e wprowadzenie dodatku mineralnego powoduje zwiększenie granicy płynięcia x0 (g), nie wpływając lub zmniejszając wzrost tego parametru z upływem czasu. 3. Lepkość plastyczna ripi (h) zapraw z superplastyfikatorami PC i PE, niezależnie od zawartości C3A i Na2 0 e w cemencie, zmniejsza się wraz ze wzrostem ilości dodanego pyłu krzemionkowego, a zwiększa się wraz ze wzrostem ilości dodanego zmielonego żużla wielkopiecowego. Kierunek zmian lepkości plastycznej r pi (h) zapraw w wyniku dodania popiołu lotnego zależy od rodzaju zastosowanego superplastyfikatora. Dodatki mineralne wpływają również na zakres zmian w czasie lepkości plastycznej r pi (h) zapraw z superplastyfikatorami PC i PE. Wpływ ten jednak nie jest jednoznaczny i zmienia się zależnie od rodzaju superplastyfikatora, ilości C3A i Na2 0 e w cemencie oraz rodzaju i ilości dodatku mineralnego. 4. Wyniki badań wykazują że doboru kompatybilnego reologicznie superplastyfikatora należy dokonywać biorąc pod uwagę nie tylko właściwości cementu, ale również rodzaj, właściwości i ilości stosowanego dodatku mineralnego. III. Wpływ temperatury na parametry reologiezne zapraw z superplastyfikatorami 1. Przeprowadzone badania ujawniają że temperatura znacząco wpływa na parametry reologiezne zapraw z superplastyfikatorami, a charakter i zakres tego wpływu zależą od stosunku w/c, rodzaju i ilości superplastyfikatora, rodzaju cementu, powierzchni właściwej cementu, zawartości C3A i Na2Oe w cemencie oraz interakcji tych czynników. 2. Wpływ temperatury na parametry reologiezne zapraw jest silny, gdy stosowane są superplastyfikatory SNF i wyraźnie słabszy, gdy stosowane są superplastyfikatory PC i PE, zwłaszcza takie, których polimery charakteryzują się długimi łańcuchami bocznymi. Charakter wpływu temperatury na parametry reologiezne zapraw nie zależy od ilości dodanego superplastyfikatora PE, natomiast ze wzrostem dodatku superplastyfikatora PE maleje intensywność tego wpływu. 3. Wpływ superplastyfikatora na właściwości reologiezne zapraw z cementów CEM I 0 małej powierzchni właściwej lub małej zawartości C3A oraz z cementów z dodatkiem żużla w mniejszym stopniu zależy od temperatury. Granica płynięcia x0 (g) tych zapraw 1 zakres jej wzrostu z upływem czasu nie zmieniają się znacząco wraz ze zwiększaniem temperatury. 4. Wpływ superplastyfikatora na parametry reologiezne zapraw z cementów o większej zawartości C3A i większej powierzchni właściwej zmienia się wyraźnie w zależności od zmian temperatury. Ogólnie, w wyniku wzrostu temperatury do 30 C granica płynięcia x0 (g) takich zapraw wzrasta, zwiększa się również zakres wzrostu granicy płynięcia x0 (g) w czasie. Jednocześnie jednak zaprawy z cementów o mniejszej aktywności z dodatkiem superplastyfikatorów PC i PE, których polimery mają dłuższe łańcuchy boczne, mogą wykazywać w temperaturze 20 C maksimum granicy płynięcia x0 (g) i największy zakres jej zmian w czasie. Charakter i zakres zmian lepkości plastycznej rjpi (h) zapraw w wyniku wzrostu temperatury zależą głównie od rodzaju superplastyfikatora oraz w mniejszym stopniu od stosunku w/c i właściwości cementu. Nie wykazują one jednak jednoznacznych tendencji. 5. W temperaturze 10 C efekty działania superplastyfikatorów na parametry reologiezne zapraw, a zwłaszcza na granicę płynięcia x0 (g), są w dużym stopniu niezależne od rodzaju cementu, jego powierzchni właściwej oraz zawartości C3A i Na2 0 e w cemencie. Intensywność wpływu rodzaju i właściwości cementu na efekty działania superplastyfikatorów zwiększa się wraz ze wzrostem temperatury. Charakter wpływu właściwości cementu na parametry reologiezne zapraw z superplastyfikatorami w temperaturach 20 i 30 C jest podobny. 6. Zachodzące pod wpływem temperatury zmiany właściwości Teologicznych zapraw o większym stosunku w/c są głównie konsekwencją zmian granicy płynięcia x0 (g), zmiany lepkości plastycznej r)pi (h) są w takim przypadku zwykle niewielkie i mają znaczenie drugorzędne. W przypadku zapraw o mniejszym stosunku w/c zachodzące pod

72 140 Podsumowanie i wnioski końcowe wpływem temperatury zmiany ich właściwości Teologicznych są efektem jednocześnie zachodzących dużych zmian obu parametrów Teologicznych. Przedstawione w niniejszej pracy zależności, określające wpływ superplastyfikatorów na właściwości reologiczne zapraw i mieszanek betonowych w zależności od zmiennych czynników wpływających na ich efektywność, mogą być z powodzeniem praktycznie wykorzystane w technologii betonu. W związku z tym autor opracował wskazania praktyczne dla technologów betonu, pozwalające na skuteczniejsze stosowanie superplastyfikatorów w kształtowaniu parametrów reologicznych zapraw i mieszanek betonowych. Opracowanie to nie mieści się w zakresie niniejszej pracy i stanowić będzie osobną publikację. Ze względu na kluczowe znaczenie superplastyfikatorów dla rozwoju technologii betonu, pojawianie się nowych ich generacji oraz zmieniające się rodzaje i składy cementów konieczne jest kontynuowanie badań z zakresu ich wpływu na właściwości reologiczne zapraw i mieszanek betonowych. LITERATURA 1. Aitcin P.-C.: High Performance Concrete. EF&N SPON Aitcin P.-C.: Trwały wysokowartościowy beton - sztuka i wiedza. Konferencja Beton na progu nowego milenium, Kraków 2000, Ajdukiewicz A.: Rozwój badań I zastosowań betonów wysokowartościowych. Konferencja Beton na progu nowego milenium, Kraków 2000, Andersen P.J, Roy D.M., Gaidis J.M.: The effect of superplasticizer molecular weight on its adsorption on, and dispersion of, cement. Cement and Concrete Research. Vol. 18, 1988, , 5. Andersen P.J., Roy D.M., Gaidis J.M.: The effects of adsorption of superplasticizers on the surface of cement. Cement and Concrete Research. Vol. 17, 1987, Asaga K., Roy D.M.: Rheological properties of cement mixes: IV. Effects of superplasticizers on viscosity and yield stress. Cement and Concrete Research. Vol. 10, 5, 1980, Atenzi C., Massidda L., Sanna U.: Comparison between rheological models for Portland cement pastes. Cement and Concrete Research. Vol. 15, 1985, Banfill P.F.G.: A coaxial cylinders viscometer for mortar: design and experimental validation. Rheology of Fresh Cement and Concrete, (ed. Banfill, P.F.G.). Spon, London 1991, Banfill P.F.G., Beaupré D., Chapdelaine F., de Larrard F., Domone P., Nachbaur L., Sedran T., Wallevik O., Wallevik J.E.: Comparison of concrete rheometers: International tests at LCPC (Nantes, France, in October 2001). Report NISTIR 6819, National Institute of Standards and Technology, USA Banfill P.F.G.: Feasibility study of coaxial cylinders viscometer for fresh mortar. Cement and Concrete Research. Vol. 17, 1987, Banfill P.F.G.: Rheology of Fresh Cement Pastes. Annual Transactions Of The Nordic Rheology Society, Vol. 5, Banfill P.F.G.: The rheology of fresh cement and concrete - a review. Proceeding of 11th International Cement Chemistry Congress, Durban, South Africa 2003, Banfill P.F.G.: The rheology of fresh mortar. Magazine of concrete research, Vol. 43, No 154, 13-21, Baragano J.R., Macias A.: Rheological properties of cement mixes containing different organic dispersant admixtures. 9th International Congress on the chemistry of Cement, New Delhi, India, 1992, Beaupré D., Chapdelaine F., Domone P., Koehler E, Shen L., Sonebi M., Struble L., Tepke D., Wallevik O., Wallevik J. E.: Comparison of concrete rheometers: International tests at MB (Cleveland OH, USA) in May Report NISTIR 7154, National Institute of Standards and Technology, USA Billberg P.: The effect of Mineral and Chemical Admixtures on Fine Mortar Rheology. 5th CANMET/ACI International Conference Superplasticizers and Other Chemical Admixtures in Concrete, Rome, Italy 1997, Bonen D., Sarkar S.L.: The superplasticizer adsorption capacity of cement pastes, pore solution composition, and parameters affecting flow loss. Cement and Concrete Research. Vol. 25, 1995, Bukowski B.: Technologia betonu. Część 1. Spoiwo, kruszywa, woda. Arkady, Warszawa Burge T.A.: Mode of Action of Superplasticizers. 6th CANMET/ACI International Conference Superplasticizers and Other Chemical Admixtures in Concrete, Nice, France 2000, Chandra S., Flodin P.: Interactions of Polymers and Organic Admixtures on Portland Cement Interaction. Cement and Concrete Research 19, 1987, Chiocchio G., Paolini A.E.: Optimum time for adding superplasticizers to Portland cement pastes. Cement and Concrete Research. Vol. 15, 1985, Claisse P.A., Lorimer P., Al.-Omari M.: The effects of changes in cement on the properties of cement grouts with superplasticizing admixtures. International RILEM Symposium The Role of Admixtures in High Performance Concrete, Ed. by J.G. Cabrerra and R. Rivera - Villarreal, Monterrey, Mexico 1999, Collepardi M.: Admixture Used to Enhance Placing Characteristics of Concrete. Cement and Concrete Composites 20, 1998, Collepardi M., Monosi S., Valente M.: Optimisation of Superplasticizer Type and Dosage in Fly Ash and Silica Fume Concrete. 3rd CANMET/ACI International Conference Superplasticizers and Other Chemical Admixtures in Concrete, Ottawa, Canada 1989.

73 142 Literatura Literatura Collepardi M., Ramachandran V.S.: Effect of Admixtures. Proceedings of the 9-th International Conference on the Chemistry of Cement, 1992, Costa U., Corrazza F., Colombert P., Femon V., Vichot A.: Mechanisms of cement - admixture interaction. Proceedings of the 10-th International Conference on the Chemistry of Cement, 1997, 3iii003, Daczko J., Constantiner D.: Quality Control of Rheodynamic Concrete. ACI 5th International Conference Innovation in Design with Emphasis on Seismic, Wind and Environmental Loading, Quality Control and Innovation in Materials, Hot Weather Concreting, Cancun, Mexico 2002, Daimon M., Roy D.M.: Rheological properties of cement mixes: I. Methods, preliminary experiments, and adsorption studies. Cement and Concrete Research. Vol. 8, 1978, Daimon M., Roy D.M.: Rheological properties of cement mixes: II. Zeta potential and preliminary viscosity studies. Cement and Concrete Research. Vol. 9, 1979, Damtoft J.S., Herfort D., Yde E.: Concrete binders, mineral additions and chemical admixtures: State of the art. and challenges for the 21st century. International Seminar Extending Performance of Concrete Structures, Dundee, UK, Domone P.L.J., Yongomo X., Banfill P.F.G.: Developments of the two-point workability test for highperformance concrete. Magazine of Concrete Research, Vol. 51, No. 3, 1999, Ed. T.D Dyer, Proceeding of International Congress Creating wit Concrete. Modem Concrete Materials: Binders, Additions and Admixtures, Dundee, Scotland Ed. R.H. Dhir, P.C. Hewlett, L.J. Csetenyi.: Proceeding of International Congress Challenges of Concrete Construction. Innovations and Developments In Concrete Materials And Constructions, Dundee, Scotland Ed. J.G. Cabrera and R. Rivera Villarreal, RILEM Proceedings PRO 5, The Role of Admixtures in High Performance Concrete, Monterrey, Mexico Ed. A. Skarendhal, Ö. Petersson, RILEM Proceedings PRO 7, 1st RILEM Symposium on Self Compacting Concrete, Sweden Ed. O Wallevik, I. Nielsson, RILEM Proceedings PRO 33, 3rd RILEM Symposium on Self Compacting Concrete, Iceland Proceedings of the 9th International Congress on the Chemistry of Cement (ICCC), New Delphi, India Proceedings of the 10th International Congress on the Chemistry of Cement (ICCC), Geteborg, Sweden Ed. G. Grieve and G. Owens, Proceedings of the 11th International Congress on the Chemistry of Cement (ICCC), Durban, South Africa Ed. V.M. Malhorta, Proceeding of Third CANMET/ACI International Conference on Superplasticizers and Other Chemical Admixtures in Concrete, Ottawa, Canada Ed. V.M. Malhorta, Proceeding of Fourth CANMET/ACI International Conference Superplasticizers and Other Chemical Admixtures in Concrete, Montreal, Canada Ed. V.M. Malhorta, Proceeding of Fifth CANMET/ACI International Conference Superplasticizers and Other Chemical Admixtures in Concrete, Rome, Italy Ed. V.M. Malhorta, Proceeding of Sixth CANMET/ACI International Conference Superplasticizers and Other Chemical Admixtures in Concrete, Nice, France Ed. V.M. Malhorta, Proceeding of Seventh CANMET/ACI International Conference Superplasticizers and Other Chemical Admixtures in Concrete, Berlin, Germany Ed. E. Vazgues, Proceeding of the International RILEM Symposium Admixtures for Concrete. Improvement of properties, Barcelona, Spain Ed. by I. Holand and E.J. Sellevold, Proceeding of Third International Symposium on Utilization of High- Strength Concrete, Lillehammer, Norway Ed. by F. de Larrard and R. Lacroix, Proceedings of Fourth International Symposium on Utilization of High- Strength/High-Performance Concrete, Paris, France Proceedings of Fifth International Symposium Utilization of High Strength/High Performance Concrete, Sandefijord, Norway Ed. by G. König, F. Dehn, T. Faust, Sixth International Symposium on Utilization of High Strength/High Performance Concrete, Leipzig, Germany Emborg M.: Rheology tests for Self Compacting Concrete. 1st RILEM Symposium Self compacting Concrete, Stockholm, Sweden Faroug F.: Wpływ wybranych superplastyflkatorów na właściwości reologiczne mieszanek betonowych. Praca doktorska. Politechnika Śląska, Gliwice Faroug F., Szwabowski J., Wild S.: Influence of Superplasticizers on Workability of Concrete. Journal of Materials in Civil Engineering, 1999, Ferrari G., Cerulli T., Clemente P., Dragoni M., Gamba M., Surico F.: Influence of Carboxylic Acid Carboxylic Ester Ratio of Carboxylic Acid Ester Superplasticizer on Characteristics of Cement Mixtures. 6th CANMET/ACI International Conference Superplasticizers and Other Chemical Admixtures in Concrete, Nice, France 2000, Ferraris Ch.F., de Larrard F.: Modified Slump Test to measure Rheological Parameters of Fresh Concrete. Cement, Concrete and Aggregates, Vol. 20, No 2, 1998, Ferraris Ch.F., de Larrard F., Martys N.: Fresh Concrete Rheology: Recent Developments. Materials Science of Concrete VI, Mindess & Skalny, eds., 2001, Ferraris Ch.F., Gaidis J.M.: Connection between the Rheology of Concrete and Rheology of Cement Paste. ACI Materials Journal, Vol. 88, No. 4, 1992, Ferraris Ch. F.: Measurement of the Rheological Properties of High Performance Concrete: State of Art Report. Journal of Research of the National Institute of Standards and Technology, Vol. 104, No. 5, 1999, Ferraris Ch.F., Obla H.K., Hill R.: The influence of mineral admixtures on the rheology of cement paste and Concrete. Cement and Concrete Research Vol. 31, 2001, Femon V., Vichot A., Le Goanvic N., Colombet P., Corrazza F., Costa U.: Interaction Between Portland Cement Hydrates and Poiynapthalene Sulfonates. 5th CANMET/ACI International Conference Superplasticizers and Other Chemical Admixtures in Concrete, Rome, Italy 1997, Flatt R.J., Bowen P., Houst Y.F., Hofmann H.: Modelling interparticle forces and yield stress of cement suspensions. 11th International Congress on the Chemistry of Cement Cement s Contribution to the Development in the 21st Century, Durban, South Africa 2003, Flatt R.J., Houst Y.F., Bowen P., Hofmann H.: Electrostatic Repulsion Induced By Superplasticizers between Cement Particles - An Overlooked Mechanism? 6th CANMET/ACI International Conference Superplasticizers and Other Chemical Admixtures in Concrete, Nice, France, 2000, Flatt R.J., Houst Y.F., Bowen P., Hofmann H., Widmer J., Sulser U., Meader U., Burge T.A.: Adsorption of superplasticizers on model powders: temperature dependence, effect on zeta potential and role of chemical structure. 10-th International Conference on the Chemistry of Cement, 1997, 3iii002, Flatt R.J., Houst Y.F., Bowen P., Hofmann H., Widmer J., Sulser U., Maeder U., Burge T.A.: Interaction of superplasticizers with model powders in a Highly Alkaline Medium. 5th CANMET/ACI International Conference Superplasticizers and Other Chemical Admixtures in Concrete, Rome, Italy 1997, Flatt R.J., Houst Y.F., Bowen P., Hofmann H., Widmer J., Sulser U., Maeder U., Burge T.A.: Effect of superplasticizers in highly alkaline model suspensions containing silica fume. 6th CANMET/ACI International Conference Fly Ash, Silica Fume, Slag and Natural Pozzolans in Concrete, Bangkok, Thailand 1998, Giergiczny Z., Małolepszy J., Szwabowski J., Śliwiński J.: Cementy z dodatkami mineralnymi w technologii betonów nowej generacji. Wydawnictwo Instytut Śląski sp. z o.o. w Opolu, Opole Gjorv O.E.: High Strength Concrete. Report BML The Norwegian Institute of Technology, Norway Gjorv O.E.: Workability: A New Way of Testing. Concrete International, 57-60, Gołaszewski J, Szwabowski J.: Influence of Air Entraining Agents on Workability of Fresh High Performance Concrete. International Conference Durability of High Performance Concrete and Final Workshop of CON - life, Essen, Germany 2004, Gołaszewski J., Szwabowski J.: Influence of superplasticizers on rheological properties of fresh cement mortars, Cement and Concrete Research, Vol. 34, 2003, Gołaszewski J., Szwabowski J.: Influence of superplasticizers on setting times. International Conference Modem Building Materials, Structures and Techniques, Vilnius, Lithuania 2001, Gołaszewski J., Szwabowski J.: Korygowanie wpływu domieszek napowietrzających na urabialność i wytrzymałość na ściskanie betonów wysokowartościowych. Konferencja Dni Betonu. Tradycja i Nowoczesność, Wisła 2004, Gołaszewski J, Szwabowski.: The Influence of Temperature on Rheological Behaviour of Superplasticized Fresh Concrete. 3rd International Conference Building Materials and Testing, Strbskie Pleso, Slovak Republic 2001, Gołaszewski J., Szwabowski J.: Rheological behaviour of fresh cement mortars containing superplasticizers of new generation. Kurdowski Symposium Science of cement and concrete, Krakow, Poland, 2001, Gołaszewski J, Szwabowski J.: Wpływ domieszek chemicznych i dodatków mineralnych na właściwości reologiczne mieszanek betonów nowej generacji. Materiały Budowlane, 7/2003, Gołaszewski J.: Urabialność betonu wysokiej wytrzymałości. Rozprawa doktorska, Politechnika Śląska, Gliwice Gołaszewski J.: Wpływ wybranych domieszek upłynniających na właściwości reologiczne zapraw. II Sympozjum Naukowo - Techniczne Reologia w technologii betonu, Politechnika Śląska, Gliwice 2000,

74 144 Literatura Literatura Gołaszewski J.: Wpływ temperatury na urabialność mieszanek betonowych z dodatkiem superplastyfikatora. III Sympozjum Naukowo - Techniczne Reologia w technologii betonu, Politechnika Śląska, Gliwice 2001, Greim M.: Rheological Measurement on Building Materials, a Comprehensive Research Program. Annual Transactions of the Nordic Rheology Society, Vol. 5, 1997, Grünewald S., Walraven J.C.: Rheological Measurements on Self Compacting Fibre Reinforced Concrete. 3rd International Symposium on Self Compacting Concrete, Iceland, 2003, Grzeszczyk S.: Reologia zawiesin cementowych. Studia z zakresu inżynierii nr 47, PAN, KILiW, IPPT, Warszawa Grzeszczyk S.: Wpływ wczesnych reakcji hydratacji na właściwości reologiczne zawiesin cementowych. Konferencja Materiały Budowlane - Nowe Kierunki w Chemii i Technologii, Kraków 1999, Grzeszczyk S., Sudoł M.: The influence of the new generation superplasticizers on the rheological properties of cement pastes. 11th International Congress on the Chemistry of Cement (ICCC) Cement s Contribution to the Development in the 21st Century, Durban, South Africa 2003, Grzeszczyk S., Sudoł M.: Wpływ temperatury na skuteczność działania superplastyfikatorów nowej generacji. Cement Wapno Beton, 6/2003, Hamada D., Sato T., Yamato F., Mizunuma T.: Development of New Superplasticizer and Its Application to Self Compacting Concrete. 6th CANMET/ACI International Conference Superplasticizers and Other Chemical Admixtures in Concrete, Nice, France 2000, Hanna E., Luke K., Perraton D., Aitcin P.C.: Rheological behaviour of Portland Cement in the Presence of Superplasticizer, 3rd CANMET/ACI International Conference Superplasticizers and Other Chemical Admixtures in Concrete, Ottawa, Canada 1989, Harvard J., Gj0rv O.E.: Effect of gypsum - hemi hydrate ratio in cement on rheological properties of fresh concrete. ACI Materials Journal, V. 994, No. 2, March - April 1997, Hekal E.E., Kishar E.A.: Effect of sodium salt naphthalene-formaldehyde polycondensate on ettringite formation. Cement and Concrete Research 29, 1999, Helm M., Homung F.: Rheological Test Procedure in the Ready-Mixed Concrete Bath Plant. Annual Transactions Of The Nordic Rheology Society, Vol. 5, 1997, Homung F.: Use of the Brabender ViscoCorder to study the flow properties of mortars by two point tests. International Conference Rheology of fresh cement and concrete, E&FN Spon, London, UK 1990, Houst Y.F., Flatt R.J., Bowen P., Hofmann H., Maeder U., Widmer J., Sulser U., Burge T.A.: New superplasticizers: From research to application. International Congress Creating with Concrete, Dundee, Scotland 1999, Houst Y.F., Flatt R.J., Bowen P., Hofmann H., Maeder U., Widmer J., Sulser U., Burge T.A.: Optimisation of superplasticizers: From research to application. International RILEM Conference The Role of Admixtures in High Performance Concrete Monterrey, Mexico 1999, Houst Y.F., Bowen P., Siebold A.: Some basic aspects of the interaction between cement and superplasticizers. International Conference Innovations and Developments in Concrete Materials and Constructions, Dundee, UK 2002, Hu C., de Larrard F., Gjerrv O.E.: Rheological Testing and Modelling of Fresh HPC. Materials and Structures, Vol. 28, 1995, Hu Ch., de Larrard F. The rheology of fresh high performance concrete. Cement and Concrete Research, Vol. 26, 1996, Jamroży Z.: Beton i jego technologie. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa - Kraków Jasiczak J., Mikołajczyk P.: Technologia betonu modyfikowanego domieszkami i dodatkami. Przegląd tendencji krajowych i zagranicznych. Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej, Poznań Jiang S., Kim B-G., Aitcin P-C.: Importance of adequate soluble alkali content to ensure cement/superplasticizer compatibility. Cement and Concrete Research. Vol. 29, 1999, Jiang W. Roy D.M.: Interaction Mechanism of Chemical Admixtures and Their Influence on Microstructure. 10th International Conference on the Chemistry of Cement, 1997, 3iii001, Jin J.: Properties of mortar for self - compacting concrete. PhD Thesis, University of London Johansen K.I., Lindgard J.: Improving the Workability of High Strength Concrete. 3rd International Symposium Utilization of High Strength Concrete, Lillehammer, Norway Jolicoeur C., Simard M-A.: Chemical Admixture-cement Interactions: Phenomenology and Physicochemical Concepts. Cement and Concrete Composites 20, 1998, Jolicoeur C., Sharmann J., Otis N., Lebel A., Simard M-A., Page M.: The Influence of Temperature on the Rheological properties of Superplasticized Cement Pastes. 5th CANMET/ACI International Conference Superplasticizers and Other Chemical Admixtures in Concrete, Rome, Italy 1997, Kikukawa H.: Rheological studies on fresh concrete using admixtures. International Symposium RILEM Admixtures for Concrete. Improvement of Properties, Barcelona, Spain 1990, Kim B-G., Jiang S., Aitcin P-C.: Influence of molecular weight of PNS superplasticizers on the properties of cement pastes containing different alkali contents. International RILEM Conference The Role of Admixtures in High Performance Concrete Monterrey, Mexico 1999, Kim G.-B., Jiang S., Jolicoeur C., Aitcin P-C.: The adsorption behaviour of PNS superplasticizer and its relation to fluidity of cement paste. Cement and Concrete Research. Vol. 30, , Kim G.-B., Jiang S., Jolicoeur C., Aitcin P-C.: Effect of Sodium Sulphate Addition on Properties of Cement Pastes Containing Different Molecular Weight PNS Superplasticizer. 6th CANMET/ACI International Conference Superplasticizers and Other Chemical Admixtures in Concrete, Nice, France 2000, Kinoshita M., Nawa T., lida M., Ichiboji H.: Effect of Chemical on Fluidising Mechanism of Concrete Superplasticizer Containing Polyethylene Oxide Graft Chains. 6th CANMET/ACI International Conference Superplasticizers and Other Chemical Admixtures in Concrete, Nice, France 2000, Kinoshita M., Suzuki T., Soeda K., Nawa T.: Properties of Methacrylic Water-Soluble Polymer as a Superplasticizer for Ultra High-Strength Concrete. 5th CANMET/ACI International Conference Superplasticizers and Other Chemical Admixtures in Concrete, Rome, Italy 1997, Krajewska A.: Statystyka dla pedagogów. Trans Humana, Białystok Knights J., Wimpenny D.E.: Some aspects of the design and control of self compacting concrete for an underwater application. International Conference Innovations and Developments in Concrete Materials and Constructions, Dundee 2002, Kucharska L.: Tradycyjne i współczesne domieszki do betonu zmniejszające ilość wody zarobowej. Cement Wapno Beton, 2/2000, Kucharska L., Moczko M.: Influence of silica fume on the rheological properties of the matrices of highperformance concretes, Advances in cement Research, Vol. 6, No. 24, 1994, Kuczyński W. i zespół autorski: Technologia betonu. Część 2. Projektowanie betonów. Arkady, Warszawa Kurdowski W.: Chemia cementu. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa Larrard de F.: Concrete Mixture Proportioning. A scientific approach. E&FN SPON, London and New York Larrard de F., Hu C., Sedran T., Szitkar J.C., Joly M., Claux F., Derkx F.: A New Rheometer for Soft-to- Fluid Fresh Concrete. ACI Materials Journal, Vol. 94, No. 3, 1997, Larrard de F., Hu Ch.: The rheology of high-performance concrete. Cement and Concrete Research. Vol. 26, , Lewandowski R. von, Wolter G.: Early stiffening behaviour of cement and concrete. Betonwerk + Fertigeil Technik, No. 5, 1981, Luke K., Aitcin P-C.: Effect of superplasticizer on ettringite formation. Conference on Advances and Cementitious Materials. National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, 1990, Maeder U., Kusterle W., Grass G.: The Rheological Behaviour of Cementitious Materials with Chemically Different Superplasticizers. International RILEM Conference The Role of Admixtures in High Performance Concrete, Monterrey, Mexico 1999, Maeder U., Schober I.: Performance of blends of polycarboxylate polymers in different cements. Proceedings of the 11th International Congress on the Chemistry of Cement, Cement s Contribution to the Development in the 21st Century, Durban, South Africa 2003, Magarotto R., Torresan I. and Zeminian N.: Effect of alkaline sulphates on the performance of superplasticizers. 11th International Congress on the Chemistry of Cement Cement s Contribution to the Development in the 21st Century, Durban, South Africa 2003, Magarotto R., Torresan I., Zeminian N.: Influence of the molecular weight of polycarboxylate ether superplasticizers on the rheological properties of fresh cement pastes, mortar and concrete. 11th International Congress on the Chemistry of Cement Cement s Contribution to the Development in the 21st Century, Durban, South Africa 2003, Malhorta V.M.: Innovative Applications of Superplasticizers in Concrete - a Review. International RILEM Conference The Role of Admixtures in High Performance Concrete Monterrey, Mexico 1999, Mather B.: Realising the potential of concrete as construction material. Proc. International. Congress Creating with Concrete, University of Dundee, Dundee, UK1999, Matsuhisa M., Yamada K., Ishimori M., Kaneda Y.: Effect of cement character on the fluidity of cement paste added with beta-naphthalene sulphonate type or polycarboxylate type superplasticizers. Proceeding of the Japan Concrete Institute 20-2, 1998, Masood I., Agarwal S.K.: Effect of various superplasticizers on rheological properties of cement paste and mortars. Cement and Concrete Research. Vol. 24, 1994,

75 146 Literatura Literatura Mierzwa J., Urban M.: Reologia kompozytów zwykłych i z domieszkami. Cement Wapno Beton, nr 6, , Mierzwa J., Urban M.: Wpływ drobnoziarnistej fazy kruszywa na kształtowanie własności teologicznych mieszanek betonowych. XVI KNT, Beton i Prefabrykacja, Jadwisin 1998, Mikoś J.: Związki fizyczne struktury porowatości z cechami betonu cementowego. Zeszyty Naukowe Politechniki Śląskiej, Budownictwo 48, Gliwice Młodecki J., Stebnicka J.: Domieszki do betonów. COIB, Młodecki J.: Domieszki do betonów. Arkady, Warszawa Mork J.H., Gjeirv O.E.: Effect of Gypsum-Hemi hydrate Ratio in Cement on Rheological Properties of Fresh Concrete. ACI Materials Journal, Vol. 94, No. 2, 1997, Moulin E. M., Broyer V.: Effect of superplasticizer type on the fluidity retention of portland cement mortars as a function of the C3A level and the nature of added calcium sulfates. 11th International Congress on the Chemistry of Cement Cement s Contribution to the Development in the 21st Century, Durban, South Africa 2003, Murata J., Kikukawa H.: Viscosity Equation for Fresh Concrete. ACI Materials Journal, Vol 83, No 3, 1992, Nawa T., Ichiboji H., Kinoshita M.: Influence of Temperature on Fluidity of Cement Paste Containing Superplasticizer with Polyethylene Oxide Graft Chains. 6th CANMET/ACI International Conference Superplasticizers and Other Chemical Admixtures in Concrete, Nice, France 2000, Nawa T., Euguchi H.: Effect of cement characteristics on fluidity of cement paste containing an organic admixture. 9th International Conference on the Chemistry of Cement, 1992, Neville A.M.: Właściwości betonu. Polski Cement, Kraków Nishibayashi S., Yosino A., Inoue S., Kuroda T.: Effect of Properties of Mix Constituents on Rheological Constants of Self-Compacting Concrete. Production Methods and Workability of Concrete, E&FN Spon, 1996, Nocuń - Wczelik W.: Pył krzemionkowy - właściwości i zastosowanie w betonie. Polski Cement, Kraków Norberg J., Peterson O., Billberg P.: Effects of a New Generation of Superplasticizers on the Properties of Fresh Concrete. 5th CANMET/ACI International Conference Superplasticizers and Other Chemical Admixtures in Concrete, Rome, Italy 1997, ,Ohta A., Uomoto T.: Fluidizing mechanism of polycarboxylate-based superplasticizers for several binder materials. International Congress Creating with Concrete, University of Dundee, Dundee, UK Olek J., Aiping L.: Optymalizacja składu betonów wysokowartościowych ze względu na trwałość i właściwości jonów chlorkowych. Cement Wapno Beton 6/2004, Ózkul M.H., Dogan A., Cavdar Z., Saglam A.R., Parlak N. Properties of Fresh and Hardened Concretes Prepared by New Generation Superplasticizers. Intrnational Congress Creating with Concrete, University of Dundee, Dundee, UK 1999, Papo A.: Rheological models for cement pastes. Materials and Structures, Vol. 21, 1988, Penttala V.E.: Effects of delayed dosage of superplasticizer on high performance concrete. 3rd International Symposium Utilisation of High Strength Concrete, Lillehamer, Norway Peukert S.: Cementy powszechnego użytku i specjalne: podstawy produkcji, właściwości i zastosowanie. Polski Cement Sp. z o.o., Kraków Polański Z.: Metodyka badań doświadczalnych. Politechnika Krakowska, Kraków Polański Z.: Planowanie doświadczeń w technice. PWN, Warszawa Ponikiewski T.: Właściwości reologiczne mieszanek na spoiwach cementowych z dodatkiem włókien. Rozprawa doktorska, Politechnika Śląska, Gliwice Powers T.C.: The Properties of Fresh Concrete. John Wiley Sons Inc., New York Punkki J., Gołaszewski J., Gjarv O.E.: Workability loss of High-Strength Concrete. ACI Materials Journal, V.93, No. 5, September-October Ramachandran V.S.: Concrete Admixtures Handbook. Properties, Science and Technology, Ed. V.S. Ramachandran, Noyes Publications, Park Ridge, New Jersey, USA ReinerM.: Reologia teoretyczna. PWN, Warszawa Rivera-Villarreal R.: Concrete superplasticizers admixtures. Proc. Int. Congress Creating with Concrete, University of Dundee, Dundee, UK Roncero J., Gettu R., Vazquez E., Torrents J.M.: Effect of Superplasticizer Content and Temperature on Fluidity and Setting of Cement Pastes. International RILEM Conference The Role of Admixtures in High Performance Concrete Monterrey, Mexico 1999, Roy D.M., Asaga K.: Rheological properties of cement mixes: III. The effects of mixing procedures on viscometric properties of mixes containing superplasticizers. Cement and Concrete Research. Vol. 9, 1979, Roy D.M., Asaga K.: Rheological properties of cement mixes: V. The effects of time on viscometric properties of mixes containing superplasticizer, Conclusions. Cement and Concrete research, Vol. 10, 1980, Rudziński L.: Reologia świeżych zaczynów cementowych. Politechnika Świętokrzyska, Kielce Sakai E., Daimon M.: Dispersion Mechanism of Alite Stabilised by Superplasticizers Containing Polyethylene Oxide Graft Chains. 5th CANMET/ACI International Conference Superplasticizers and Other Chemical Admixtures in Concrete, Rome, Italy 1997, lól.shonaka M., Kitakawa K, Satoh H., Izumi T., Mizanuma T.: Chemical structures and Performance of New High Range Water Reducing and Air Entraining Agents. 5th CANMET/ACI International Conference Superplasticizers and Other Chemical Admixtures in Concrete, Rome, Italy 1997, Simon M.J., Lagergren E.S., Wathne L.G.: Optimising High Performance Concrete Mixtures Using Statistical Response Surface Method. 5th International Symposium Utilization of High Strength/High Performance Concrete, Sandefijord, Norway 1999, Smeplass S.: Applicability of the Bingham model to High Strength Concrete. International RILEM Workshop Special Concretes: Workability and Mixing, Paisley Soutsos M.N., Domone P.L.J.: Design of High Strength Concrete Mixes with Normal Weight Aggregates. 3rd International Symposium Utilisation of High Strength Concrete, Lillehamer, Norway Soutsos M.N., Domone P.L.J.: Workability of high strength concrete mixes as defined by Tattersall's two point test. 3rd International Symposium Utilisation of High Strength Concrete, Lillehamer, Norway Spiratos N., Jolicoeur C.: Trends in Concrete Chemical Admixtures for the 21st Century. 6th CANMET/ACI International Conference Superplasticizers and Other Chemical Admixtures in Concrete, Nice, France 2000, Suchoń S.: Związki parametrów reologicznych mieszanki betonowej z jej stanem struktury. Model predykcji z aplikacją komputerową. Rozprawa doktorska, Politechnika Śląska, Gliwice Sugiyama T., Ohta A., Uomoto T.: The dispersing mechanism and applications of polycarboxylate-based superplasticizers. 11th International Congress on the Chemistry of Cement (ICCC) Cement s Contribution to the Development in the 21st Century, Durban, South Africa 2003, Szwabowski J., Gołaszewski J.: Badanie efektów działania wybranych domieszek upłynniających według norm europejskich. KNTPB Beton i Prefabrykacja, Jadwisin 2000, Szwabowski J., Gołaszewski J.: Badanie efektywności działania domieszek uplastyczniających i upłynniających reometrycznym testem urabialności. KNTPB Beton i Prefabrykacja, Jadwisin 2000, Szwabowski J., Gołaszewski J.: Metodyka badania efektywności działania domieszek uplastyczniających i upłynniających. III Konferencja Naukowo-Techniczna MATBUD 2000, Kraków - Mogilany 2000, Szwabowski J., Gołaszewski J.: O ocenie efektywności oddziaływania domieszek uplastyczniających i upłynniających do betonu w świetle norm europejskich. Cement Wapno Beton 4/99, Szwabowski J Gołaszewski J.: The effect of superplasticizers on rheological properties of mortars. International Conference Building materials and testing, Brno, Czech Republic 1999, ,Szwabowski J., Gołaszewski J.: Wpływ superplastyfikatora i pyłu krzemionkowego na urabialność betonu wysokowartościowego. Cement Wapno Beton 6/1996, Szwabowski J., Gołaszewski J.: Wpływ momentu dozowania superplastyfikatorów SKP 26 i Betoplastu 6 na właściwości reologiczne mieszanek BWW. Przegląd Budowlany 4/96, Szwabowski J., Gołaszewski J.: Zastosowanie reometrycznego testu urabialności w projektowaniu betonów wysokowartościowych. KNTPB Beton i Prefabrykacja, Jadwisin 2002, Szwabowski J., Gołaszewski J., Suchoń S.: Przydatność reometru Viskomat PC do pomiaru efektywności superplastyfikatorów. II Konferencja Naukowo-Techniczna Zagadnienia materiałowe w inżynierii lądowej MATBUD 98, Pol. Krakowska, Kraków -Mogilany 1998, Szwabowski J., Gołaszewski J., Suchoń S.: Stosowanie reometru ROD 1E w badaniach urabialności betonów wysokiej wytrzymałości. Konferencja Naukowo-Techniczna Nowoczesne Technologie Budowlane, Gliwice 1994, Szwabowski J.: Metody zagęszczania betonu na budowie. Technologie, sprzęt, wydajności. XVII Ogólnopolska Konferencja Warsztat Pracy Projektanta Konstrukcji, Ustroń 2002, ,Szwabowski J.: Reologia mieszanek na spoiwach cementowych. Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice Szwabowski J.: Reologia samozagęszczalnych mieszanek betonowych. IV Sympozjum Naukowo - Techniczne Reologia w technologii betonu, Gliwice 2002, Szwabowski J., Śliwiński J.: Betony samozagęszczalne. Budownictwo Technologie Architektura, 2/2003,

76 148 Literatura Literatura Szwabowski J.: Urabialność mieszanki betonowej w ujęciu reologicznym. Zeszyty Naukowe Politechniki Śląskiej, Gliwice Szwabowski J.: Wpływ superplastyfikatorów na czasy wiązania i jego konsekwencje w prowadzeniu robót betonowych. III Sympozjum Naukowo-Techniczne Reologia w Technologii Betonu, Gliwice, 2001, Śliwiński J.: Beton zwykły - projektowanie i podstawowe właściwości. Polski Cement Sp. z o.o., Kraków Takada M., Chikada T.: A study on Superplasticized Concrete Containing High Volume of Fly Ash. 3rd CANMET/ACI International Conference Superplasticizers and Other Chemical Admixtures in Concrete, Ottawa, Canada Tanaka Y., Ohta A., Sugiyama T.: Polycarboxylate-Based Advanced Superplasticizers for High Performance Concrete. International RILEM Conference The Role of Admixtures in High Performance Concrete, Monterrey, Mexico 1999, Tattersall G.H., Banfill P.F.G.: The rheology of Fresh Concrete. Pitman Books Limited, Boston Tattersall G.H.: The workability of concrete. Viewpoint Publications. Cement & Concrete Association, Wexham Springs Tattersall G.H.: Workability and Quality Control of Concrete. E&FN SPON, London Taylor H. F. W.: Cement chemistry. Academic Press Ltd, London Teubert J.: Measuring the consistency of concrete mortar and its importance to the workability of fresh concrete. Betonwerk + Fertigeil Technik, Heft 4/81, Thielen G., Spanka G., Grube H.: Consistency adjustment of concrete using superplasticizer. Beton 8/97, Uchikawa H., Hanehara S., Sawaki D., Onoda S.: Effect of electrostatic and steric repulsive force of organic admixture on the dispersion of cement particles in fresh cement paste. 10-th International Conference on the Chemistry of Cement, 1997, 3iii001, Uchikawa H., Hanehara S., Sawaki D.: The role of steric repulsive force in the dispersion of cement particles in fresh paste prepared with organic admixture. Cement and Concrete Research. Vol. 27, 1997, Uchikawa H.: Function of organic admixture supporting high performance concrete. International RILEM Conference The Role of Admixtures in High Performance Concrete Monterrey, Mexico 1999, Uchikawa H., Sawaki D., Hanehara S.: Influence of Kind and Added Timing of Organic Admixture on the Composition, Structure and Property of Fresh Cement Paste. Cement and Concrete Research. Vol. 25, 1995, Urban M.: Metody projektowania betonów samozagęszczalnych (SCC). III Sympozjum Naukowo - Techniczne Reologia w technologii betonu, Gliwice 2001, Urban M.: Konsystencja mieszanki betonowej a jej parametry Teologiczne. IV Sympozjum Naukowo - Techniczne Reologia w technologii betonu, Gliwice 2002, Urban M.: Wpływ składu mieszanki betonowej na jej parametry reologiczne. Praca doktorska, Politechnika Krakowska, Kraków Wallevik O.: Den Ferske Betonges Reologi og Anvendelse pa Betong med. og Uten Tilseting av Silikastov. Dr ing. vhandling. Norges Tekniske Hogskole, Trondheim, Norge Wallevik O.H:, Gjeirv O.E.: Modification of the Two-Point Workability Apparatus. Seminar on Rheology of Fresh Concrete NTH Trondheim, Norway Wallevik O.H., Gjorv O.E.: Development of Coaxial Cylinders Viscometer for Fresh Concrete. Seminar on Rheology of Fresh Concrete, NTH Trondheim, Norway Wallevik O.H., Saasen A., Gjarv O.E.: Effect of Filler Materials on the Rheological Properties of Fresh Concrete. ACI Materials Journal, Vol. 83, No 3, 1992, Wesche K., Flatten H., Berg.: On the influence of separations on the rheological properties of cement paste and mortar in the rotation rheometer. Fresh Concrete: Important properties and their measurement. RILEM Seminar, Leeds, UK Whorlow R.W.: Rheological Techniques. Second Edition, Ellis Horwood, New York Wolter G.: Measuring relative viscosity in cement mortars: measuring principle and fields of application. Betonwerk + Fertigeil Technik, Heft 12/ Wolter H.: Measuring flow properties of new concrete mixes. Holderbank News 1-2/ Workability and Rheology of Fresh Concrete: Compendium of Tests. Report of RILEM Technical Committee TC 145-WSM Workability of Special Concrete Mixes. Ed. Bartos P.J.M, Sonebi M. and Tamimi A. K. RILEM Publications S.A.R.L Volk W.: Statystyka stosowana dla inżynierów. WNT, Warszawa l.yamada K., Hanehara S., Matsuhisa M.: Fluidising mechanism of cement paste added with polycarboxylate type superplasticizer analysed from point of adsorption behaviour. Proceedings of the Japan Concrete Institute 20-2, 1998, Yamada K., Hanehara S.: Working mechanism of polycarboxylate superplasticizer considering the chemical structure and cement characteristics. 11th International Congress on the Chemistry of Cement (ICCC) Cement s Contribution to the Development in the 21st Century, Durban, South Africa 2003, Yamada K., Ogawa S., Hanehara S.: Controlling of the adsorption and dispersing force of polycarboxylatetype superplasticizer by sulphate ion concentration in aqueous phase. Cement and Concrete Research, 31, 2001, Yamada K., Ogawa S., Hanehara S.: Working mechanism of Poly-Beta-Naphthalene Sulphonate and Polycarboxylate Superplasticizer Types from Point of Cement Paste Characteristics. 6th CANMET/ACI International Conference Superplasticizers and Other Chemical Admixtures in Concrete, Ed. V.M. Malhorta, Nice, France 2000, Yamada K., Takahashi T., Hanehara S., Matsuhisa M.: Effects of the chemical structure on the properties of polycarboxylate - type superplasticizer. Cement and Concrete Research. Vol. 30, 2000, Yamaguchi O., Nakajima H., Takahasi M.: The effect of paste and mortar containing various types of water reducing agents. JCA Proceedings of Cement and Concrete 51, 1997, Yanagita K., Wami H.: Evaluating the Flow Properties of High Strength Concrete. 3rd International Symposium Utilization of High Strength Concrete, Lillehamer, Norway 1993.

77 Streszczenia 151 WPŁYW SUPERPLASTYFIKATORÓW NA WŁAŚCIWOŚCI REOLOGICZNE MIESZANEK NA SPOIWACH CEMENTOWYCH W UKŁADZIE ZMIENNYCH CZYNNIKÓW TECHNOLOGICZNYCH S treszczen ie W pracy podjęto problem efektywnego stosowania superplastyfikatorów w aspekcie przewidywania właściwości Teologicznych mieszanek na spoiwach cementowych, czyli zapraw i mieszanek betonowych. Określono i wyjaśniono wpływ superplastyfikatorów na właściwości reologiczne mieszanek na spoiwach cementowych w zależności od właściwości cementu, rodzaju, ilości i właściwości dodatków mineralnych oraz temperatury. W rozdziale 1 scharakteryzowano właściwości reologiczne mieszanek na spoiwach cementowych i przeanalizowano metody ich pomiaru. Stwierdzono, że właściwości reologiczne mieszanek z superplastyfikatorami dobrze opisuje model Binghama określony przez dwa parametry reologiczne: granicę płynięcia t 0 i lepkość plastyczną ripi lub odpowiadające im parametry g i h. Pomiar parametrów reologicznych mieszanki najlepiej wykonywać, i tak uczyniono w pracy, za pomocą reometrów. Wykazano również analitycznie i doświadczalnie, że charakter wpływu podstawowych czynników na parametry reologiczne zaprawy i mieszanki betonowej jest podobny, a badania zapraw mogą być wykorzystane do przewidywania parametrów reologicznych mieszanek betonowych. Związki pomiędzy parametrami Teologicznymi zapraw i mieszanek betonowych wyrażono w formie matematycznych zależności. W rozdziale 2 scharakteryzowano właściwości superplastyfikatorów, mechanizm ich działania oraz określono podstawowe czynniki, wpływające na efekty ich działania. Stwierdzono, że efekty działania superplastyfikatorów zależą od następujących czynników i występujących między nimi interakcji: rodzaju, ilości, właściwości fizykochemicznych i czasu opóźnienia dodania superplastyfikatora, rodzaju, składu i powierzchni właściwej cementu, rodzaju i ilości stosowanych dodatków mineralnych, stosunku w/c, temperatury mieszanki oraz czasu. W rozdziale 3 przeanalizowano dostępne w literaturze badania wpływu superplastyfikatorów na właściwości reologiczne mieszanek na spoiwach cementowych. Na tej podstawie opracowano uogólnione zależności, m. in. wpływu stosunku w/c, rodzaju, ilości i momentu dodawania superplastyfikatora na parametry reologiczne i ich zmiany w czasie zapraw i mieszanek betonowych. W rozdziałach 4, 5, 6, stanowiących zasadniczą część pracy, przedstawiono analizę wyników obszernych i systematycznych badań własnych wpływu właściwości cementu, rodzaju i ilości dodatków mineralnych oraz temperatury na parametry reologiczne mieszanek z superplastyfikatorami SNF, SMF, PC i PE. Ze względu na konieczność wyeliminowania wpływu zmian uziamienia kruszywa na właściwości reologiczne mieszanek oraz zmniejszenie pracochłonności badań, badania własne wykonano na zaprawach z piasku normowego wg PN EN 196-1, jednak o różnym stosunku w/c. Badania te zaplanowano w szerokim zakresie zmienności czynników w sposób umożliwiający statystyczną ocenę istotności, a także hierarchizację wpływu czynników oraz ich współdziałania na parametry reologiczne mieszanek. W badaniach zastosowano specjalnie przygotowane cementy laboratoryjne, ograniczając wpływ zmienności innych niż badane czynników składu cementu. W rozdziale 4 przedstawiono analizę wyników badań wpływu powierzchni właściwej oraz zawartości C3A, NaiOe i SO3 w cemencie na reologiczne efekty działania superplastyfikatorów SNF, SMF, PC i PE. Stwierdzono, że ze względu na właściwości cementu wpływ tych superplastyfikatorów na parametry reologiczne zapraw zależy głównie od zawartości C3A w cemencie, a następnie kolejno od powierzchni właściwej cementu, zawartości Na20e w cemencie oraz od interakcji tych czynników. W badanym zakresie zmienności właściwości cementu nie stwierdzono znaczącego wpływu zmiennej zawartości SO3 w cemencie (2,5-3,5% ) na właściwości reologiczne zapraw i efekty działania superplastyfikatorów. Wraz ze zwiększaniem się zawartości C3A w cemencie parametry g i h zapraw z superplastyfikatorami zwiększają się, większy jest również zakres zmian tych parametrów z upływem czasu. Intensywność tych zmian zależy od powierzchni właściwej cementu, zawartości Na20e w cemencie i od rodzaju superplastyfikatora. Wraz ze wzrostem zawartości C3A w cemencie konieczny jest większy dodatek superplastyfikatora do uzyskania zaprawy o określonym parametrze g. Konsekwencją tego w przypadku mieszanek o małym stosunku w/c jest zwykle wzrost parametru h zaprawy. W związku z tym przy określonej wartości parametru g zaprawy z cementami o większej zawartości C3A charakteryzują się większym oporem ścinania. Z drugiej jednak strony, stosując cementy bogate w C3A, łatwiej uzyskać stabilne mieszanki o dużej płynności, a szczególnie mieszanki samozagęszczalne. Charakter wpływu powierzchni właściwej cementu na parametry reologiczne zapraw z superplastyfikatorami zależy od zawartości C3A w cemencie. Przy określonym dodatku

78 152 Streszczenia Streszczenia 153 superplastyfikatora zwiększenie powierzchni w łaściwej cementu o małej zawartości C3A skutkuje nieznacznym zmniejszeniem, natomiast cementów o dużej zawartości C3A zwiększeniem parametru g zapraw. Parametr h tych zapraw zmniejsza wraz ze wzrostem pow ierzchni w łaściwej cementu. Ze wzrostem powierzchni właściwej cementu efekty działania superplastyfikatora szybciej zanikają w czasie. Charakter w p ływ u zawartości N a20e w cemencie na parametry reologiczne zapraw zależy od rodzaju superplastyfikatora. W przypadku zapraw z dodatkiem SNF i SMF najm niejszym parametrem g oraz najm niejszym zakresem wzrostu tego parametru w czasie odznaczają się zaprawy z cementów zawierających 0,7% N a2oe. W przypadku zapraw z dodatkiem PC i PE wzrost zawartości N a20e w cemencie powoduje wzrost parametru g, zmniejszenie parametru h oraz zwiększenie się zm ian tych parametrów z upływ em czasu. N a podstawie analizy uzyskanych w badaniach zależności opracowano modele matematyczne, opisujące w p ływ powierzchni w łaściwej cementu, zawartości C3A, Na20e i SO3 w cemencie na w łaściwości reologiczne zapraw o różnym stosunku w /c z dodatkiem superplastyfikatorów o różnych właściwościach fizykochem icznych (rozdz. 4.4). M odele te charakteryzują się w ysokim i estymatorami dopasowania i istotności. Ich dokładność sprawdzono w badaniach kontrolnych, stwierdzając dobrą zgodność wartości parametrów Teologicznych obliczonych na podstawie m odelu i zmierzonych doświadczalnie. Ze względu na szeroki zakres przestrzeni czynnikow ej, w której zostały zbudowane modele, odznaczają się one dużym i m ożliw ościam i użytkow ym i i mogą być stosowane w praktyce do wyboru najlepszego w danych warunkach układu cement - superplastyfikator. W rozdziale 5 przedstawiono analizę w yn ikó w badań w p ływ u popiołu lotnego, zmielonego granulowanego żużla wielkopiecowego oraz pyłu krzem ionkowego na parametry reologiczne zapraw z superplastyfikatorami PC i PE. Wykazano, że reologiczne efekty W rozdziale 6 przedstawiono analizę w yników badań w pływ u temperatury na parametry reologiczne zapraw z różnym i superplastyfikatorami. Stwierdzono, że charakter i zakres w pływ u temperatury na parametry reologiczne mieszanek i ich zmian w czasie zależą od stosunku w/c, rodzaju i ilości dodanego superplastyfikatora, rodzaju cementu, zawartości C3A w cemencie, powierzchni w łaściwej cementu, zawartości N a2oe w cemencie oraz wzajemnych interakcji tych czynników. Wykazano, że w przypadku stosowania cementów o 2% zawartości C3A i cementów z dodatkami oraz gdy dodatek superplastyfikatora i/lub stosunku w/c są duże, parametry reologiczne zapraw z superplastyfikatorami są w niew ielkim stopniu zależne od temperatury. W przypadku zapraw z cementów o C E M I o większej zawartości C3A, zwłaszcza o małym stosunku w /c, wzrost temperatury powoduje wzrost parametru g i zwiększenie się zakresu wzrostu parametru g w czasie. Zm iany parametru h zapraw pod wpływ em temperatury zależą głównie od rodzaju superplastyfikatora, nie wykazując jednak jednoznacznych tendencji. W pływ temperatury na parametr h zapraw znacząco się zwiększa, gdy zmniejsza się stosunek w/c. W przypadku superplastyfikatorów PC i PE intensywność w pływ u temperatury maleje ze wzrostem długości łańcuchów bocznych w nich zawartych. Na podstawie przeprowadzonych badań stwierdzono, że zaprawy z dodatkiem PC i PE mogą wykazywać maksimum parametru g w różnych temperaturach w zależności od zawartości C3A w cemencie i długości łańcuchów bocznych polim erów zawartych w superplastyfikatorze. W rozdziale 7 przedstawiono podsumowanie i w nioski końcowe z pracy. Wskazano na najważniejsze uzyskane zależności w pływ u superplastyfikatorów na właściwości reologiczne mieszanek na spoiwach cementowych w zależności od właściwości cementu, właściwości dodatków mineralnych i temperatury. Zwrócono również uwagę na m ożliwość praktycznego zastosowania opracowanych w pracy zależności w technologii betonu. działania superplastyfikatorów PC i PE na zaprawy cementowe i na zaprawy, w których część cementu zastąpiono dodatkiem m ineralnym, znacznie się ró ż n ią a miarodajna ocena kom patybilności cementu i superplastyfikatora pow inna być dokonywana przy uwzględnieniu obecności dodatków mineralnych. W p ływ superplastyfikatorów PC i PE na właściwości reologiczne zapraw z dodatkami m ineralnym i zależy od rodzaju i ilości dodatku, zawartości C3A i N a20e w cemencie, właściwości superplastyfikatora oraz wzajemnych interakcji m iędzy tym i czynnikam i. Określono charakter w pływ u poszczególnych dodatków m ineralnych na parametry reologiczne zapraw z dodatkiem superplastyfikatorów PC i PE, stwierdzając jednocześnie, że często jest on odmienny od w p ływ u tych dodatków na parametry reologiczne mieszanek bez i z dodatkiem SNF i SMF.

79 Streszczenia 155 INFLUENCE OF SUPERPLASTICIZERS ON RHEOLOGICAL PROPERTIES OF CEMENT BINDER MIXTURES IN THE SYSTEM OF VARIABLE TECHNOLOGICAL FACTORS Sum m ary In this paper is discussed the issue of effective usage of superplasticizers concerning predicting rheological properties of cement binder mixtures, that is mortars and concrete mixtures. The influence of superplasticizers on rheological properties of the cement binder mixtures, depending on the properties of the cement, type, amount and properties of mineral additions and temperature is determined and explained. In chapter 1 rheological properties of cement binder mixtures are characterized and the methods of their measurement are analysed. It was found out that rheological properties of mixes with superplasticizers are well described by Bingham s model determined by two rheological parameters: yield value t 0 and plastic viscosity t pi or corresponding parameters g and h. The measurement of rheological parameters of the mixture should best be performed using rheometers, as it was done for this dissertation. It was also demonstrated analytically and experimentally that the nature of influence of basic factors on rheological parameters of fresh mortars and fresh concretes is similar, and tests of mortars can be used for predicting rheological parameters of concrete mixtures. Relations between rheological parameters of fresh mortar and concrete are expressed with mathematical relationships. In the chapter 2 superplasticizers properties are characterized, as well as its mechanism and basic factors influencing the effects of their action are determined. It was found out that the influence of superplasticizers depends on the following factors and interactions taking place between them: type, quantity, physical and chemical properties and delay in adding the superplasticizer; type, specific surface and chemical and physical composition of the cement; type, physical and chemical properties and quantity of applied mineral additions, water to cement ratio, mix temperature and time. In the chapter 3 investigations of superplasticizer influence on rheological properties of cement binder mixtures, available in professional literature, were analysed. On this basis generalizations of relations were formulated, among other things: influence of w/c, influence of type, quantity and time of adding the superplasticizer on rheological parameters of fresh mortars and concretes and their changes with time. In the chapters 4, 5, 6, being the principal part of this dissertation, the analysis of the results of exhaustive and systematic own tests of the influence of cement, type and quantity of mineral additions and temperature on rheological parameters of mixes with SNF, SMF, PC and PE superplasticizers is presented. Due to the necessity of eliminating the influence of alterations in aggregate grading on rheological properties of mixtures and to reduce the labour consumption needed for the tests, own tests were carried out for mortars made of standardized sand in accordance with PN EN 196-1, but of different w/c. These tests were designed for a wide range of factor variability in a way enabling statistical assessment of significance as well as putting the factors and their influence on rheological parameters of mixtures into a hierarchy. In the tests some specially prepared laboratory cements were used, limiting the influence of variability of cement composition elements other than those tested. In the chapter 4 the analysis of the results of tests of cement specific surface influence as well as C3A, Na2 0 e and S0 3 contents in cement on rheological effects of SNF, SMF, PC and PE superplasticizers action is presented. It was found out that due to the properties of the cement, the influence of these superplasticizers on rheological parameters of mortars depends mainly on C3A contents in the cement, and, successively, on cement specific surface, Na2Oe contents in the cement and interaction of these factors. In tested range of variability of cement properties no considerable influence of variable SO3 content in cement ( %) on rheological properties of mortars or superplasticizer action effects were observed. As a result of increased C3A contents in the cement g and h parameters of mortars with superplasticizers increase, range of increase of these parameters with time increases as well. The intensity of these increase depends on cement specific surface, Na2Oe content in the cement and the type of superplasticizer. When the content of C3A in cement increases, it is necessary to add more superplasticizer to obtain a mortar with determined g parameter. The consequence in case of mixtures of low w/c ratio is usually increasing h parameter. Due to that with determined value of g parameter, mortars with cements of higher C3A content are characterized with higher shear resistance. On the other hand though, using cements rich in C3A it is easier to obtain stable mixtures of high fluidity, especially self-compacting mixtures. The nature of the influence of cement specific surface on rheological parameters of mortars with superplasticizers depends on C3A content in cement. With a certain addition of superplasticizer increasing cement specific surface of low C3A content results in insignificant reduction, and in case of cements of high C3A content in increase of g parameter of mortars.

80 156 Streszczenia Streszczenia 157 Value of h parameter of these mortars decreases with increasing cement specific surface. Superplasticizer action effects decay faster when cement specific surface increases. The nature of influence of Na20e content in cement on rheological parameters of mortars depends on the type of superplasticizer. In the case of mortars with addition of SNF and SMF superplasticizers, mortars of cements containing 0.7% Na2Oe reveal the lowest value of g parameter and the lowest range of increase of this parameter with time. In the case of mortars with addition of PC and PE superplasticizers the increase of Na2Oe content in cement causes increase in g parameter, reduction in h parameter and increase in range of changes of these parameters with time. Basing on the analysis of dependencies obtained in the tests mathematical models were elaborated, describing the influence of cement specific surface, C3A, Na2Oe and S 03 content in cement on rheological properties of different w/c mortars with addition of superplasticizers of different physical-chemical properties (chapters 4.4). These models are characterized with high estimators of matching and significance. Their accuracy was checked in control tests, stating good conformity of rheological parameter values, calculated on the basis of the model and measured in experiments. Due to wide range of factorial space in which the models were created, they show great utilization possibilities and may be applied to choose the cement - superplasticizer system that is the best for given conditions. In the chapter 5 an analysis of results of tests of influence of fly ash, granulated ground blast furnace slag as well as condensed silica fume on rheological parameters of mortars with PC and PE superplasticizers is present. It was demonstrated that rheological results of PC and PE superplasticizer action on cement mortars and on mortars, in which a part of cement was substituted with mineral addition, differ significantly, and true assessment of compatibility of cement and superplasticizer should be carried out taking into consideration the presence of mineral additions. The influence of PC and PE superplasticizers on rheological properties of mortars with mineral additions depends on the type and the quantity of the addition, C3A and Na2Oe content in cement, superplasticizer properties and interactions between these factors. The nature of the impact of particular additions on rheological parameters of mortars with PC and PE superplasticizer addition was determined, stating that it is often different from the influence of the influence of these additions rheological parameters of mixes without and with addition of SNF and SMF. In the chapter 6 the analysis of results of the investigation into the influence of temperature on rheological parameters of mortars with different superplasticizers is presented. It was found out that the nature and the range of the influence of temperature on rheological parameters of mixes and their changes with time depends on w/c, type and quantity of superplasticizer added, cement type, C3A content in cement, cement specific surface, Na2Oe content in cement and interactions of these factors. It was demonstrated that in the case of using cements of 2% C3A content and cements with additions, as well as when the addition of superplasticizer and/or w/c is high, rheological parameters of mortars with superplasticizers only slightly depend on temperature. In the case of mortars of CEM I cements of higher C3A content, especially when w/c is low, increase of temperature causes increase of g parameter and increase in range of increasing g parameter with time. Alterations in h parameter of mortars caused by temperature depend on the type of superplasticizer; however, they do not show unequivocal tendencies. Influence of temperature on h parameter of mortars increases considerably when w/c decreases. In case of PC and PE superplasticizers the intensity of temperature influence decreases as the length of their side chains increases. Basing on performed tests it was found out that mortars with addition of PC and PE can show the maximum of g parameter in different temperatures, depending on C3A content in cement and length of side chains of polymers contained in the superplasticizer. In the chapter 7 is presented the summary and final conclusions of the paper. The most important obtained relationships of superplasticizer influence on rheological properties of mixes in cement binders, depending on cement properties, properties of mineral additions and temperature are indicated. The possibility of practical application of relationships developed in the dissertation, occurring in concrete technology also is brought to attention.

81 Książki Wydawnictwa można nabyć w księgarniach GLIWICE Punkt Sprzedaży Wydawnictwa na Wydziale Górnictwa i Geologii - ul. Akademicka 2 ( ) FORMAT - Akademicka 5 na Wydziale Budownictwa LAMBDA - ul. Akademicka 2 ( ) MERCURIUS - ul. Prymasa S.Wyszyńskiego 14 b (032) ŻAK - ul. Kaszubska (budynek Biblioteki) BIAŁYSTOK Dom Książki (Księgarnia 84) - ul. Wiejska 45 c EKOPRESS Księgarnia Wysyłkowa - ul. Brukowa 28 (085) GDAŃSK EKO-BIS - ul. Dyrekcyjna 6 (058) KATOWICE Punkt Sprzedaży na Wydziale Transportu - ul. Krasińskiego 8 Hurtownia DIK - ul. Dulęby 7 (032) Hurtownia JERZY - ul. Słoneczna 24 (032) KRAKÓW Techniczna-ul. Podwale 4 (012) Punkt Sprzedaży WND - AGH, Al. Mickiewicza 30 (012) ŁÓDŹ POLITECHNIKA ul. Żeromskiego 116 PŁ. Hurtownia BIBLIOFIL - ul. Jędrowizna 9a (042) OPOLE BK - POLITECHNIKA - Wydz. Budownictwa, ul. Katowicka 48 (077) wew.333 POZNAŃ Księgarnia POLITECHNIK - ul. Piotrowo 3 (061) Księgarnia Techniczna- ul. Pólwiejska 28 (061) W Y D A W N IC T W O P O L IT E C H N IK I Ś L Ą S K IE J ul. Akademicka 5, Gliw ice; tel./fax (0-32) Sprzedaż i Marketing tel. (0-32) wydawnictwo_mark@polsl.pl Nakł Ark. wyd 11,5 Ark. druk. 9,875 Papier offset. 70xl00,80g Wydrukowano z makiet w Zakładzie Graficznym Politechniki Śląskiej w Gliwicach, ul. Kujawska 1 zam. 193/06 RYBNIK ORBITA -u l. Rynek 12 NEMEZIS - ul. Hallera 26 TYCHY I JA TOURS - ul. Piłsudskiego 10 ( w.130) WARSZAWA Studencka- PI. Politechniki 1 (022) Techniczna - ul. Kaliskiego 15 (022) Techniczna - ul. Świętokrzyska 14 M DM -ul. Piękna 31 WROCŁAW TECH - ul. Wybrzeże Wyspiańskiego 27 ZABRZE Punkt Sprzedaży na Wydziale Organizacji i Zarządzania- ul. Roosevelta 26

82 Wydawnictwo Politechniki Śląskiej Gliwice, ul. Akademicka 5 tel./fax (0-32) Sprzedaż i Marketing: tel. (0 32) , wydawnictwo_mark@polsl.pl